خلاصه:

سلول­های بنیادی جنینی (ESCها)، منبع سلولی امیدوار کننده­ای از نورون­های دوپامین­ساز (DA) مغز میانی را جهت استفاده در درمان بیماری پارکینسون ارائه می­دهند. هرچند، پیوند سلولی بر پایه­ی ESC با خطر ورود سلول­های نامناسب یا تومورزا همراه می­باشد. تخلیص سلولی پیش از پیوند ممکن است این نگرانی­ها را برطرف و شناسایی مرحله­ی مناسب نورون­های DA اختصاصی را جهت پیوند ممکن سازد. در این مطالعه، ما از سه لاین گزارشگر از ESCهای موشی تراریخته جهت شناسایی نورون­های DA در سه مرحله از تمایز (اولیه، میانی، انتهایی) به دنبال القای تمایز آن­ها با استفاده از به ترتیب تراژن­های Hes5::GFP، Nurr1::GFP و Pitx3::YEP استفاده کردیم. پیوند سلول­های خالص شده با FACS از هر لاین سلولی منجر به تولید نورون­های DA در مراحل تمایزی میانی و انتهایی شدند که تقریبا به صورت انحصاری از نوع نورون­های DA مغز میانی بودند. پیوند سلول­های نورونی مرحله­ی میانی تمایز، بیشترین میزان بقای نورون­های DA را نشان می­دادند و بهبود عیوب حرکتی در موش­های همی پارکینسونی را القا می­کرد. اطلاعات ما پیشنهاد می­کنند که مرحله­ی Nurr1+ (مرحله­ی میانی) در تمایز سلول­های عصبی برای پیوند نورون­های DA مشتق از ESCها مناسب است. علاوه­براین، بررسی­های کل ترانسکریپتوم سلول­های حاصل از هر لاین ESC بیانگر بیان ژن­های نورون­های DA مغز میانی بودند و همچنین منجر به کشف ژن­های ناشناخته­ای در مغز میانی گردیدند. این اطلاعات نشاندهنده­ی سرنوشت اختصاصی نورون­های DA مشتق از ESCها می­باشد  و یک نمونه لاین سلولی ESC اختصاصی را برای کشف ژن در محیط in vivo را معرفی می­کند.

Identification of embryonic stem cell-derived midbrain dopaminergic neurons for engraftment.

 Abstract

Embryonic stem cells (ESCs) represent a promising source of midbrain dopaminergic (DA) neurons for applications in Parkinson disease. However, ESC-based transplantation paradigms carry a risk of introducing inappropriate or tumorigenic cells. Cell purification before transplantation may alleviate these concerns and enable identification of the specific DA neuron stage most suitable for cell therapy. Here, we used 3 transgenic mouse ESC reporter lines to mark DA neurons at 3 stages of differentiation (early, middle, and late) following induction of differentiation using Hes5::GFP, Nurr1::GFP, and Pitx3::YFP transgenes, respectively. Transplantation of FACS-purified cells from each line resulted in DA neuron engraftment, with the mid-stage and late-stage neuron grafts being composed almost exclusively of midbrain DA neurons. Mid-stage neuron cell grafts had the greatest amount of DA neuron survival and robustly induced recovery of motor deficits in hemiparkinsonian mice. Our data suggest that the Nurr1+ stage (middle stage) of neuronal differentiation is particularly suitable for grafting ESC-derived DA neurons. Moreover, global transcriptome analysis of progeny from each of the ESC reporter lines revealed expression of known midbrain DA neuron genes and also uncovered previously uncharacterized midbrain genes. These data demonstrate remarkable fate specificity of ESC-derived DA neurons and outline a sequential stage-specific ESC reporter line paradigm for in vivo gene discovery.