Dekonstruktion des Glia-zu-Neurons in vivo-Konvertierung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die direkte Reprogrammierung der Zellidentität im Nervensystem bietet die Aussicht, erkrankte Gehirnschaltkreise neu zu gestalten. In den letzten Jahren sind wesentliche Beweise aufgetaucht, die die Möglichkeit unterstützen, Astrozyten und Oligodendrozyten-Vorläuferzellen (OPCs) in vivo in funktionelle induzierte Neuronen umzuwandeln. Der Prozess, durch den Gliazellen ihre ursprüngliche Identität aufgeben und ein neuronales Schicksal annehmen, bleibt jedoch weitgehend rätselhaft. In unserer Arbeit haben wir uns mit der Frage beschäftigt, wie bestimmte neurogene Reprogrammierungsfaktoren wie Ascl1 und sein phosphodefizientes Gegenstück (SA6, bei dem sechs Serinreste in Alanin umgewandelt wurden) Genexpressionsprogramme unterschiedlich umgestalten, wenn Gliazellen in der Mausrinde in Neuronen umgewandelt werden. Wir haben auch den Beitrag der Heterogenität von Gliazellen zur Variabilität des Reprogrammierungserfolgs untersucht und versucht, potenzielle Kandidatenmoleküle zu identifizieren, die als Hindernisse für eine erfolgreiche Umprogrammierung fungieren. Um dies zu erreichen, injizierten wir MMLV-Retroviren, die entweder Ascl1 oder SA6 in Kombination mit dem Zelltodregulator Bcl2 und dem interneuronalen Transkriptionsfaktor kodieren, in den somatosensorischen Kortex postnataler Mäuse und transduzierten hauptsächlich proliferierende Astrozyten und OPCs. Anschließend führten wir eine Einzelzell-RNA-Sequenzierung von Zellen durch, die in vivo eine Konversion durchlaufen, und untersuchten die molekularen Trajektorien, um die transkriptomischen Veränderungen aufzudecken, die diesen Prozess antreiben. Die bioinformatische Analyse dieser Zellen zeigt, dass Ascl1 und SA6 beide neurogene Programme in Astrozyten induzieren; sie führen jedoch beide zu unterschiedlichen neuronalen Zellpopulationen, die durch spezifische Transkriptionsfaktoren gekennzeichnet sind, die die jeweiligen Reprogrammierungsergebnisse orchestrieren können. Interessanterweise schien Ascl1 keine neurogenen Programme in OPCs zu initiieren, was darauf hindeutet, dass zelltypspezifische molekulare Eigenschaften eine entscheidende Rolle für den Reprogrammierungserfolg spielen. Andererseits initiierten sowohl Astrozyten als auch OPCs die Neurogenese, wenn sie SA6 überexprimierten, was zu unterschiedlichen neuronalen Zellschicksalen führte, obwohl sie denselben Transkriptionsfaktor exprimierten. Diese Erkenntnisse liefern wertvolle Einblicke in die molekularen Grundlagen der Umwandlung von Glia in Neuronen in vivo. Wir zeigen, dass der Phosphorylierungszustand des proneuronalen Faktors Ascl1 eine entscheidende Rolle bei der Initiierung unterschiedlicher Genexpressionprogramme und der Bestimmung unterschiedlicher neuronaler Zellschicksale in kortikalen Astrozyten und OPCs spielt. Insgesamt könnte diese Studie wichtige Hinweise liefern, um diese Reprogrammierungswege weiter zu manipulieren und die Wirksamkeit der Zellschicksalskonvertierung zu verfeinern.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Gatekeeping astrocyte identity. eLife, 11.
Cooper, Alexis & Berninger, Benedikt
