転写因子ASCL1およびNURR1によるニューロン変化分化：皮質GABA作動性ニューロンにおけるドーパミン作動性神経伝達物質表現型の誘導

望ましい神経伝達物質の表現型を持つニューロンは、誘導された多能性幹細胞から、または収量が比較的低い退屈なプロトコルを介してのみ体細胞から分化できます。すでに完全なニューロン分化プロセスを受けている胚ラット脳から分離された容易に利用可能な皮質ニューロンは、代替テンプレートソースとして機能する可能性があります。これらの培養物は、85％のグルタミン酸作動性と15％のGABA作動性ニューロンで構成されており、ドーパミン作動性ニューロンに分化しようとしました。転写因子NURR1、LMX1AおよびPITX3は、CNS発生中のドーパミン作動性細胞運命の必須決定因子であり、かなりの数の細胞でチロシンヒドロキシラーゼ発現を誘導するのに十分ではありませんでした。しかし、NURR1と一般的なニューロン差別化因子と再プログラミング因子ASCL1を組み合わせると、ドーパミン作動性マーカー、AADC、VMAT2、およびDATを発現するニューロンの生成が得られました。GABA作動性表現型のニューロンのみが、ドーパミン作動性神経伝達物質の表現型に向かって分化する可能性がありますが、グルタミン酸作動性ニューロンの場合、このプロセスは神経毒性であることが証明されました。興味深いことに、胚性中脳から分離されたGABA作動性ニューロンは、ASCL1およびNURR1によってドーパミン作動性ニューロンに分化することはできませんでした。したがって、原則として、ミトーシス後の胚ニューロンは、望ましい神経伝達物質の表現型を持つニューロンのテンプレートとして機能します。しかし、神経伝達物質の表現型の可塑性は、テンプレートニューロンの分化履歴に大きく依存しており、ドーパミン作動性ニューロンの収率が比較的低くなる可能性があります。

Neurons with a desired neurotransmitter phenotype can be differentiated from induced pluripotent stem cells or from somatic cells only through tedious protocols with relatively low yield. Readily available cortical neurons isolated from embryonic rat brain, which have already undergone a complete neuronal differentiation process, might serve as alternative template source. These cultures consist of 85% glutamatergic and 15% GABAergic neurons, and we attempted to trans-differentiate them into dopaminergic neurons. Transcription factors Nurr1, Lmx1A and Pitx3, essential determinants of a dopaminergic cell fate during CNS development, were not sufficient to induce tyrosine hydroxylase expression in a significant number of cells. Combining Nurr1 with the generic neuronal differentiator and re-programming factor Ascl1, however, resulted in generation of neurons which express dopaminergic markers TH, AADC, VMAT2 and DAT. Only neurons of GABAergic phenotype could be trans-differentiated towards a dopaminergic neurotransmitter phenotype, while for glutamatergic neurons, this process proved to be neurotoxic. Intriguingly, GABAergic neurons isolated from embryonal midbrain could not be trans-differentiated into dopaminergic neurons by Ascl1 and Nurr1. Thus, in principle, post-mitotic embryonal neurons can serve as templates for neurons with a desired neurotransmitter phenotype. However, neurotransmitter phenotype plasticity critically depends on the differentiation history of the template neurons, which can result in relatively low yields of dopaminergic neurons.