Informasi

17.24: Neurogenesis - Biologi

17.24: Neurogenesis - Biologi



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Pada suatu waktu, para ilmuwan percaya bahwa orang dilahirkan dengan semua neuron yang pernah mereka miliki. Sementara neurogenesis cukup terbatas dibandingkan dengan regenerasi di jaringan lain, penelitian di bidang ini dapat mengarah pada pengobatan baru untuk gangguan seperti Alzheimer, stroke, dan epilepsi.

Bagaimana para ilmuwan mengidentifikasi neuron baru? Seorang peneliti dapat menyuntikkan senyawa yang disebut bromodeoxyuridine (BrdU) ke dalam otak hewan. Sementara semua sel akan terkena BrdU, BrdU hanya akan dimasukkan ke dalam DNA sel yang baru dihasilkan yang berada dalam fase S. Sebuah teknik yang disebut imunohistokimia dapat digunakan untuk menempelkan label fluoresen ke BrdU yang tergabung, dan seorang peneliti dapat menggunakan mikroskop fluoresen untuk memvisualisasikan keberadaan BrdU, dan dengan demikian neuron baru, di jaringan otak.

Gambar 1 menunjukkan neuron baru berlabel fluoresensi di hippocampus tikus. Sel yang aktif membelah memiliki bromodoxyuridine (BrdU) yang dimasukkan ke dalam DNA mereka dan diberi label warna merah. Sel yang mengekspresikan glial fibrillary acid protein (GFAP) diberi label berwarna hijau. Astrosit, tetapi bukan neuron, mengekspresikan GFAP. Dengan demikian, sel-sel yang diberi label merah dan hijau secara aktif membagi astrosit, sedangkan sel-sel berlabel merah hanya secara aktif membagi neuron.


Kontrol genetik neurogenesis hipokampus

Neurogenesis dewasa di hipokampus berada di bawah kendali genetik yang kompleks. Sebuah studi perbandingan baru-baru ini dari dua galur tikus inbrida menggunakan analisis lokus sifat kuantitatif telah mengungkapkan bahwa kelangsungan hidup sel paling berkorelasi dengan neurogenesis dan gen kandidat yang diidentifikasi untuk penyelidikan lebih lanjut.

Neurogenesis - produksi neuron baru - adalah proses berkelanjutan yang berlangsung di otak orang dewasa dari beberapa spesies, termasuk manusia. Telah dipelajari paling intensif pada tikus di dua wilayah otak yang terpisah: zona subventrikular (SVZ) yang melapisi dinding lateral ventrikel lateral dan zona subgranular (SGZ) dari dentate gyrus hippocampus [1] (Gambar 1) . Daerah-daerah ini memiliki sel induk mirip astrosit yang relatif diam, yang membelah dan menimbulkan multipotensial, sel-sel penguat transit yang membelah dengan cepat yang pada akhirnya akan berdiferensiasi menjadi neuroblas. Ini kemudian menghasilkan neuroblas yang diyakini telah membatasi potensi mitosis lebih lanjut [2, 3]. Neuroblas dari SVZ dan SGZ bermigrasi dan akhirnya matang menjadi neuron fungsional di dalam bulbus olfaktorius dan dentate gyrus, masing-masing. Bukti terbaru menunjukkan bahwa sel punca di wilayah ini juga dapat memunculkan astrosit dan oligodendrosit dari garis glial, yang menunjukkan bahwa in vivo, sebagai in vitro, sel-sel ini multipoten [4]. Sebuah studi baru-baru ini oleh Kempermann dkk. [5] di Prosiding National Academy of Sciences Amerika Serikat memberikan cahaya baru yang menarik pada kompleksitas genetik dari regulasi neurogenesis.

Zona neurogenik di otak tikus dewasa. Neurogenesis dewasa paling baik ditandai dalam dua zona di otak tikus dewasa: zona subventrikular (SVZ) yang berdekatan dengan ventrikel lateral (LV), di mana neuron diproduksi yang kemudian bermigrasi ke bulbus olfaktorius melalui aliran migrasi rostral (RMS) dan dentate gyrus (DG) dari hipokampus. Hippocampus (ditampilkan diperbesar di sisipan) terdiri dari dua lapisan sel yang saling bersilangan - lapisan sel piramidal (CA) dan dentate gyrus. Proliferasi prekursor saraf dan sel punca saraf diam ditemukan di zona yang berbatasan langsung dengan dentate gyrus yang disebut zona subgranular (SGZ).


Apakah Neurogenesis di Hippocampus Terkait dengan Depresi?

Pada tanggal 2 November, Organisasi Industri Neuroteknologi mengungkapkan 10 tren ilmu saraf teratas untuk tahun 2007. Sementara sebagian besar tren ini berkaitan dengan teknologi, yang masuk akal karena perusahaan memiliki kepentingan dalam teknologi ilmu saraf, tren #9 adalah bahwa " penelitian terus menghubungkan neurogenesis dengan pengobatan depresi.” [1]

Sementara beberapa peneliti akan mempertanyakan keabsahan pernyataan itu, NIO benar dalam penilaiannya bahwa ini adalah salah satu topik "terpanas" dalam ilmu saraf saat ini. Alasan untuk ini ada dua. Alasan pertama adalah bahwa neurogenesis masih merupakan ide yang relatif baru dengan implikasi yang luas. Jika otak dapat membuat sel-sel fungsional baru di beberapa wilayah otak, maka orang mungkin berspekulasi bahwa pada akhirnya ia akan mampu menciptakan sel-sel untuk wilayah mana pun di otak. Pemahaman tentang sel induk dewasa di otak mungkin membawa kita selangkah lebih dekat ke mata air awet muda yang sulit dipahami itu. Alasan berikutnya bahwa hubungan potensial antara neurogenesis dan depresi dianggap sangat penting adalah bahwa gangguan depresi mayor adalah gangguan patologis yang tersebar luas, yang mempengaruhi 16,2% orang dewasa AS di beberapa titik dalam hidup mereka (Kesller et al., 2003). Model baru untuk memahami penyakit ini dapat mengarah pada peningkatan obat-obatan farmasi yang mampu mengobati depresi secara lebih akut. Hipotesis neurogenesis adalah salah satu model yang telah disarankan untuk membantu menjelaskan bagaimana depresi unipolar terbentuk dan bagaimana pengobatannya. Hipotesis yang dinyatakan ini diterima memiliki dua komponen: satu, bahwa defisiensi neurogenesis dapat menyebabkan timbulnya depresi, dan dua, bahwa metode pengobatan depresi saat ini dapat bekerja sebagian besar dengan memperbaiki kelainan pada neurogenesis ke wilayah hipokampus ( Sapolsky, 2004). Untuk menguji hipotesis neurogenesis ini, sejumlah kemungkinan korelasi antara apa yang kita ketahui tentang gangguan depresi dan apa yang kita ketahui tentang neurogenesis perlu ditangani. Juga, sejumlah pertanyaan yang mengisolasi mekanisme di balik neurogenesis dan depresi perlu dijawab. Makalah ini akan mencoba untuk meninjau pengujian hipotesis neurogenesis.

Salah satu asumsi mendasar dari hipotesis neurogenesis adalah bahwa wilayah hipokampus secara umum sangat penting untuk pengembangan dan pengobatan depresi. Salah satu upaya untuk menemukan korelasi di sini didasarkan pada gagasan bahwa subjek yang menunjukkan gejala depresi akan menunjukkan variasi dalam ukuran daerah hipokampus mereka. Videbech dan Ravnkilde (2004) melakukan survei studi yang mengukur volume hipokampus menggunakan mesin MRI. Mereka memastikan bahwa setiap penelitian telah mengidentifikasi subjek mana yang memenuhi syarat sebagai memiliki gangguan depresi mayor menggunakan metode yang dapat direplikasi, dan bahwa setiap penelitian telah mengontrol variabel lain seperti usia dan penyalahgunaan obat. Mereka menemukan bahwa ada ukuran efek yang signifikan yang menghubungkan depresi dengan penurunan volume hipokampus di kedua belahan otak. Karena neurogenesis diharapkan meningkatkan volume hipokampus, hasil mereka menunjukkan bahwa neurogenesis mungkin memiliki peran dalam depresi. Tulisan ini akan lebih banyak menyentuh poin ini nanti. Tapi sementara ada korelasi antara ukuran hippocampus dan depresi, apakah gagasan bahwa hippocampus menyebabkan atau mempengaruhi gejala depresi masuk akal secara intuitif? Salah satu gejala gangguan afektif mayor yang umum diterima adalah gangguan kognitif. Sweeny dkk. (2000) menguji kelompok subjek depresi unipolar, subjek bipolar, dan subjek kontrol menggunakan program komputer yang dirancang untuk menentukan bakat kognitif. Studi mereka menemukan bahwa pasien depresi unipolar sebagian besar menunjukkan kekurangan dalam memori episodik, tetapi tidak banyak lagi. Ini konsisten dengan fungsi yang diketahui dari daerah hipokampus di otak (Ebmeimer et al, 2006). Tautan ini memberikan bukti tidak langsung bahwa hippocampus memainkan setidaknya sedikit peran penting dalam gangguan depresi mayor. Namun, mengingat betapa rumitnya hubungan antara daerah otak yang diketahui, akan sulit untuk menentukan dengan tepat seberapa besar tanggung jawab untuk gangguan depresi dapat ditempatkan pada daerah hipokampus otak.

Namun, hanya karena hippocampus berperan dalam depresi tidak berarti bahwa neurogenesis di hippocampus memainkan peran fungsional dalam penyakit. Memang, di masa lalu agak tidak jelas apakah neuron yang baru dihasilkan bahkan mampu mengintegrasikan diri ke dalam jaringan saraf hipokampus yang rumit. Baru-baru ini menjadi semakin jelas bahwa neuron baru adalah mampu mengintegrasikan diri hingga jaringan saraf yang ada di hipokampus. Henriette van Praag dkk. (2001) berusaha menunjukkan fakta ini—bahwa sel punca dapat berintegrasi dan mulai bertindak seperti halnya sel granul dewasa di dentate gyrus hippocampus. Untuk melakukannya, para peneliti menggunakan berbagai teknik pewarnaan, termasuk penggunaan protein fluoresen hijau (GFP) dan 5-bromodeoxyuridine (BrdU). Mereka kemudian membiarkan tikus dewasa mereka hidup selama periode waktu yang dihitung sebelum mereka dibunuh: baik waktu singkat untuk melihat bagaimana sel berkembang biak segera setelah pewarnaan, atau setelah waktu yang lebih lama untuk melihat bagaimana sel-sel berintegrasi. diri ke dalam jaringan saraf dari dentate gyrate. Berdasarkan panjang tulang belakang dendrit sel induk, di antara faktor-faktor lain, mereka menemukan bahwa sel-sel mampu mengintegrasikan diri ke dalam jaringan saraf dentate gyrus. Jadi, mungkin saja neurogenesis mengarah ke neuron fungsional baru, yang membuat orang bertanya-tanya apa tujuan sebenarnya, jika ada, sel-sel ini ada di otak.

Bukti selanjutnya seputar hipotesis neurogenesis adalah bagaimana hal itu cocok dengan cara kerja perawatan antidepresan. Sementara alasan bahwa mereka bekerja pada serotonin reuptake dan inhibitor monoamine oksidase diterima secara luas, fakta bahwa obat ini umumnya membutuhkan waktu dua sampai tiga minggu untuk mulai bekerja bukanlah hasil yang jelas. Beberapa mekanisme kompleks dari serotonin reuptake dan inhibitor monoamine oksidase telah disarankan untuk menjelaskan fenomena ini (Celada et al, 2004). Namun, hipotesis neurogenesis dapat menyederhanakan pemahaman kita tentang cara kerja obat antidepresan. Memang, masuk akal secara intuitif bahwa neuron baru yang dihasilkan oleh antidepresan akan memerlukan penundaan sebelum mereka dapat mulai bekerja sendiri ke dalam sirkuit hipokampus. Beberapa penelitian telah menemukan bahwa neuron baru mungkin mulai menjadi penting untuk melacak memori di hippocampus setelah hanya 1-2 minggu (Shors et al, 2001). Zhao et al (2006) mempelajari perkembangan sel granul yang baru terbentuk di dentrate gyrus tikus dewasa dan mencit. Untuk melakukannya, mereka menyuntikkan virus GFP ke hewan dewasa untuk mengidentifikasi sel mana yang baru terbentuk pada saat injeksi. Mereka kemudian membunuh hewan-hewan tersebut pada berbagai titik perkembangan mereka, mengisolasi sel-sel yang telah ditandai oleh virus, dan menganalisis tahap-tahap perkembangan yang telah dilalui oleh masing-masing sel tersebut. Berdasarkan seberapa berkembang (yaitu, berapa lama) duri dendritik neuron pada saat kematian, para peneliti dalam penelitian ini mencoba untuk menarik kesimpulan tentang bagaimana mereka berfungsi di otak hewan pada saat kematian. Mereka menemukan bahwa tulang belakang dendritik sudah mulai tumbuh sekitar 16 hari pada otak tikus dan tikus dewasa. Hasil ini, dikombinasikan dengan hasil penelitian sebelumnya bahwa neuron baru membantu membentuk jejak ingatan setelah hanya 1-2 minggu, menunjukkan bahwa hewan mungkin dapat menggunakan neuron untuk membentuk ingatan baru segera setelah mereka muncul di girus dendrit. Sementara mengabstraksi hasil dari hewan ke manusia itu rumit, hasil hewan menunjukkan bahwa sel induk dapat mulai mengintegrasikan diri ke dalam hipokampus sekitar 2-3 minggu setelah mereka terbentuk, hampir bersamaan dengan obat antidepresan mulai bekerja. Oleh karena itu, hipotesis neurogenesis dapat membantu menyederhanakan salah satu mekanisme yang kurang dipahami dengan baik tentang cara kerja obat andippresan, memberikan beberapa bukti tidak langsung untuk hipotesis neurogenesis, karena para ilmuwan telah diajarkan untuk menghormati pisau cukur Occam.

Bagian lain dari bukti korelatif yang mendukung hipotesis neurogenesis adalah hubungan antara stres dan depresi. Ada banyak data di balik teori bahwa stresor eksternal dapat menyebabkan depresi, dan di balik gagasan bahwa subjek yang depresi kurang mampu meningkatkan kadar kortisol mereka ketika menghadapi tantangan (Miller et al, 2005). Hal ini juga telah ditunjukkan dalam studi double-blind bahwa antiglukokortikoid dapat bertindak sebagai antidepresan jika pasien didiagnosis sebagai hiperkortisolemia, yang banyak pasien depresi (Wolkowitz et al, 1999). Selain itu, kelebihan steroid adrenal dan stres tampaknya merusak neuron di hipokampus, secara negatif mempengaruhi potensi jangka panjang neuron, kognisi, dan memori (Pavlides et al, 2002). Berdasarkan hubungan ini, para ilmuwan menjadi penasaran apakah stres menghambat neurogenesis hippocampus atau tidak. Gould et al (1998) menguji apakah pertumbuhan sel granul dalam dendrit gyrus primata dewasa akan dipengaruhi oleh pengalaman stres. Untuk menciptakan pengalaman yang menegangkan, para peneliti menempatkan satu monyet marmoset jantan di kandang jantan lain dari spesies yang sama selama satu jam. Monyet-monyet tersebut bereaksi terhadap hal ini dengan berperilaku subordinat: mereka tetap diam di satu bagian kandang untuk menghindari perkelahian dengan pejantan yang telah ditempatkan bersama mereka. Ini dianggap sebagai induksi stres yang wajar pada monyet "penyusup". Setelah satu jam, monyet-monyet itu dikeluarkan dari kandang dan disuntik dengan BrdU, yang berfungsi sebagai penanda sel yang berkembang biak dan keturunannya. Dua jam kemudian, begitu sel induk memiliki kesempatan untuk terbentuk, monyet-monyet itu dibunuh, dan bagian otak mereka dianalisis. Hewan-hewan yang ditempatkan di bawah stres kemudian dibandingkan dengan monyet kontrol yang tidak berada dalam situasi stres, dan monyet-monyet yang tidak diinduksi stres ditemukan memiliki lebih banyak proliferasi sel induk. Hasil ini membantu menjelaskan fakta bahwa stres merupakan penghambat kuat neurogenesis, setidaknya pada hewan non-manusia. Namun, karena mungkin tidak etis untuk memaksa manusia menjalani pengalaman yang sangat menegangkan dalam desain eksperimental, ada sedikit bukti untuk fenomena ini pada subjek manusia. Jika stres tidak menyebabkan penghambatan neurogenesis, itu akan menjadi bukti kuat terhadap hipotesis neurogenesis. Karena itu, fakta bahwa stres dapat menghambat neurogenesis memberikan beberapa bukti yang lebih korelatif untuk mendukungnya.

Seperti yang dinyatakan sebelumnya dalam makalah ini, salah satu gejala patologis yang diterima secara luas dari gangguan depresi adalah penurunan volume hipokampus. Namun, mekanisme yang menyebabkan penurunan volume ini tidak dipahami dengan baik. Jika mereka ditemukan karena penghambatan neurogenesis, mungkin dari stres, hasil ini akan mendukung hipotesis neurogenesis. Jika penyebab penurunan volume ditemukan dari beberapa sumber lain, mungkin kematian sel hipokampus yang ada karena kekurangan nutrisi yang diperlukan, maka itu akan memberikan dukungan terhadap hipotesis neurogenesis (Sapolsky, 2004). Sayangnya, ada sedikit data tentang sistem saraf pusat manusia, sebagian besar karena akan sangat tidak etis untuk melakukan teknik pewarnaan dan kemudian irisan otak yang digunakan pada hewan, dan sebagian karena data pada jaringan post-mortem sejauh ini telah menghasilkan hasil yang tidak meyakinkan (Feldmann et al, 2007). Terlepas dari kurangnya informasi, beberapa ilmuwan telah mencoba membuat beberapa perkiraan tentang seberapa luas neurogenesis itu. Cameron dan McKay (2001) mengemukakan bahwa jumlah penanda BrdU yang telah digunakan pada penelitian sebelumnya tidak banyak, dan hanya sebagian dari sel punca yang ditemukan. Menggunakan konsentrasi BrdU yang lebih tinggi bersama dengan penanda timida pada tikus dewasa, mereka menemukan bahwa lebih dari 9000 sel induk baru diproduksi di dentate gyrus hippocampus, dengan total lebih dari 250.000 per bulan. Seperti yang ditunjukkan Gould dan Gross (2002), ini keluar dari total 1 hingga 2 juta total neuron di dentate gyrus tikus dewasa, menunjukkan bahwa sel punca yang baru terbentuk memainkan peran besar dalam hippocampus. Namun, sekali lagi, sulit untuk memperkirakan data ini kepada manusia, yang mungkin memiliki jumlah sel yang sama sekali berbeda dalam dentate gyrus mereka, dan jumlah sel baru yang berbeda terbentuk setiap hari. Bahkan jika volume hipokampus terbukti diturunkan karena gangguan neurogenesis, data ini tidak akan membuktikan kausal kedua bagian dari hipotesis neurogenesis. Sebaliknya harus ditunjukkan bahwa neurogenesis berdampak pada gejala depresi (Feldmann et al, 2007), jika tidak, data akan tetap bersifat korelatif.

Satu studi yang mencoba untuk mendapatkan inti dari hipotesis neurogenesis melihat perkembangan perilaku ketidakberdayaan yang dipelajari pada tikus. Vollmayr dkk. (2003) melihat apakah tingkat proliferasi sel induk baru di dentate gyrus akan bervariasi pada hewan yang menunjukkan gejala ketidakberdayaan yang dipelajari dibandingkan yang tidak. Mereka membuat kelompok tikus mendapat kejutan kaki yang tak terhindarkan, dan memutuskan berdasarkan perilaku mereka apakah mereka menunjukkan ketidakberdayaan yang dipelajari atau tidak. Sel-sel yang baru terbentuk di dentate gyrus ditandai dengan BrdU, dan jumlah sel-sel ini dibandingkan antara hewan-hewan yang telah mengalami ketidakberdayaan yang dipelajari dan yang tidak. Untuk mendukung bagian kausal dari hipotesis neurogenesis, hasil ini seharusnya menemukan bahwa hewan-hewan yang telah mengalami ketidakberdayaan yang dipelajari akan memiliki lebih sedikit sel, karena gejala seperti depresi seharusnya telah mengganggu neurogenesis mereka. Sebaliknya, para peneliti tidak menemukan perbedaan yang signifikan antara kedua kelompok, dan mengingat bahwa ukuran sampel (200) dari penelitian ini sangat tinggi, hasil ini merusak kasus hipotesis neurogenesis secara substansial. Selain itu, ada beberapa bukti bahwa penurunan neurogenesis tidak selalu mengarah pada gejala depresi, karena seharusnya didasarkan pada bagian kausal dari hipotesis neurogenesis (Malberg dan Duman, 2003). Para peneliti ini juga membuat temuan mereka menggunakan model ketidakberdayaan yang dipelajari pada tikus melalui kejutan kaki. Bukti ini tampaknya mengabaikan kemungkinan bahwa ada hubungan sebab akibat langsung antara neurogenesis dan depresi. Namun, sama pentingnya untuk menyatakan kehati-hatian atas hasil optimis untuk hipotesis neurogenesis yang mengandalkan model hewan sebelumnya, penting untuk tidak terlalu pesimis tentang hipotesis yang hanya didasarkan pada data hewan ini. Namun demikian, hasil dari Vollmayr et al. dan studi Malberg dan Duman menunjukkan bahwa, sampai sekarang, kami tidak memiliki alasan untuk mencurigai bahwa ada hubungan sebab akibat antara neurogenesis dan depresi.

Hipotesis neurogenesis memiliki dua bagian. Sementara bagian tentang hubungan sebab akibat mungkin telah disangkal untuk saat ini, bagian tentang cara kerja perawatan depresi saat ini tetap relevan. Para peneliti telah menemukan bahwa banyak agen farmasi antidepresan utama merangsang proliferasi sel neuron di dentate gyrus tikus dewasa (Kodama et al., 2004). Selain itu, obat-obatan dalam penelitian ini tidak menunjukkan efek pada jumlah sel di zona subventrikular atau korteks motorik primer, menunjukkan bahwa mereka diisolasi ke area di mana neurogenesis akan berlangsung. Terapi elektrokonvulsif adalah metode lain untuk mengobati depresi yang secara luas dianggap bermanfaat. Madsen dkk. (2000) memberi tikus serangkaian 1 atau 10 seri elektrokonvulsif, dan menodai sel mereka dengan penanda BrdU pada titik yang berbeda setelah perawatan. Dia menemukan bahwa tikus yang telah diberi terapi elektrokonvulsif memiliki tingkat sel induk baru yang lebih tinggi di dentate gyrus, dan bahwa hasil ini menunjukkan dirinya secara bertahap, sehingga tikus yang telah menjalani terapi elektrokonvulsif lebih banyak menunjukkan peningkatan neurogenesis yang lebih besar. Satu-satunya pengobatan anti-depresi yang tampaknya tidak menghasilkan peningkatan sel-sel baru di dentate gyrus adalah stimulasi magnetik transkranial (Czeh et al., 2001). Meskipun tergoda untuk mengabaikan hasil ini sebagai tidak signifikan karena TMS adalah metode baru dan relatif belum terbukti untuk mengobati depresi, ilmuwan yang cermat harus meninjau semua informasi yang tersedia. Namun demikian, tampaknya ada semacam hubungan antara neurogenesis dan tindakan banyak metode untuk mengobati depresi.

Salah satu cara untuk mengisolasi bagian kedua dari hipotesis adalah dengan mencoba menemukan apakah pengobatan anti-depresi bergantung pada neurogenesis agar dapat bekerja. Dalam sebuah studi kontroversial, Santarelli et al. (2003) mencoba melakukan hal ini. Pertama, mereka membentuk model tikus depresi yang gejalanya dikurangi dengan antidepresan. Mereka kemudian mencoba untuk mengganggu neurogenesis di hippocampus dengan memberikan dosis rendah x-radiasi ke hippocampus sambil mencoba untuk menyelamatkan otak dan sebagian besar bagian tubuh lainnya. Radiasi x ini menghasilkan penurunan 85% sel bernoda BrdU-positif di zona subgranular dentate gyrus. Mereka menemukan bahwa ketika sinar-x secara regional membatasi neurogenesis hippocampus, efek anti-depresan pada model hewan pengerat mereka oleh obat anti-depresan (fluoxetine) diblokir. Meskipun studi mereka dikontrol dengan baik untuk internal, masih menerima beberapa kritik. Kritik utama dari artikel tersebut adalah bahwa desain penelitian yang digunakan untuk memodelkan depresi, apakah hewan tersebut bersedia memberi makan di lingkungan baru, tidak benar-benar menguji depresi tetapi sebaliknya untuk kecemasan (Sapolsky, 2004). Sementara kritik ini tidak menyangkal hasil mereka sepenuhnya, itu menimbulkan beberapa keraguan. Jadi sementara penelitian ini adalah salah satu bukti terkuat yang mendukung bagian kedua dari hipotesis neurogenesis, bahwa neurogenesis adalah alasan mengapa perawatan anti-depresi bekerja, itu tidak sempurna, dan replikasi lebih lanjut atau studi hewan yang lebih dekat secara genetik dengan manusia. dapat memberikan hasil yang lebih signifikan.

Makalah ini telah meninjau pemahaman kita saat ini tentang hubungan antara neurogenesis dan depresi. Seperti yang dinyatakan sebelumnya, hipotesis neurogenesis memiliki dua komponen. Yang pertama, bahwa ada hubungan kausal antara neurogenesis dan depresi, bergantung pada sejumlah besar bukti korelatif dan tidak langsung, seperti hubungan antara stres dan neurogenesis, dan hubungan antara stres dan depresi. Namun, jika ada hubungan kausal, maka depresi harus menyebabkan penurunan neurogenesis, yang tidak terjadi (Vollmayr et al., 2003), setidaknya pada hewan pengerat. Namun, komponen kedua dari hipotesis neurogenesis, yaitu bahwa perawatan anti-depresi bekerja melalui stimulus neurogenesis, tetap merupakan ide yang layak. Santarelli dkk. (2003) khususnya tampaknya menunjukkan bahwa neurogenesis merangsang adalah mekanisme di mana pengobatan antidepresan bekerja, meskipun fakta bahwa TMS tampaknya tidak bekerja melalui neurogenesis adalah salah satu ketukan terhadap teori ini. Penelitian lebih lanjut, terutama penelitian yang entah bagaimana bisa mereplikasi studi ini pada manusia, sementara tetap sehat secara etis, akan sangat menguntungkan untuk mempelajari hubungan antara neurogenesis dan depresi. Topik ini kemungkinan akan tetap "panas" mengingat neurogenesis adalah ide baru. Memang, fakta bahwa kita mungkin mulai memahami salah satu fungsi potensialnya sangat menarik. Terlepas dari alasan yang jelas untuk bersemangat tentang penelitian ini, kita harus berusaha untuk tetap sehat secara fundamental dalam studi ilmiah kita tentang hipotesis neurogenesis dan implikasinya untuk pengobatan depresi.

H. A. Cameron dan R.D. McKay, Neurogenesis dewasa menghasilkan kumpulan besar sel granul baru di dentate gyru, Jurnal Neurologi Komputasi 435 (2001), hlm. 406-417.

P. Celada, M. Puig, M. Amargos-Bosch, A. Adell dan F. Artigas, Peran terapeutik reseptor 5-HT1A dan 5-HT2A dalam depresi, Jurnal Psikiatri dan Ilmu Saraf 29 (2004), hlm. 252–265.

B. Ceko, T. Michaelis, T. Watanabe, J. Frahm, G. de Biurrun, M. van Kampen, dkk., Perubahan yang disebabkan oleh stres pada metabolit serebral, volume hipokampus, dan proliferasi sel dicegah dengan pengobatan antidepresan dengan tianeptine, Prosiding National Academy of Sciences Amerika Serikat 98 (2001), hal.12796–12801.

K.P. Ebmeier, C. Donaghey dan J.D. Steele, Perkembangan terkini dan kontroversi terkini dalam depresi, Lanset 367 (2006), hlm. 153–167.

E. Gould dan C. Gross, Neurogenesis pada mamalia dewasa: Beberapa kemajuan dan masalah, Jurnal Ilmu Saraf 22 (2002), hlm. 619–623.

E. Gould, P. Tanapat, B.S. McEwen, G. Flugge dan E. Fuchs, Proliferasi sel granul prekursor di dentate gyrus monyet dewasa berkurang oleh stres, Prosiding National Academy of Sciences Amerika Serikat 95 (1998), hlm. 3168–3171.

R. E. Feldmann, A. Sawa dan G. H. Seidler, Kausalitas neurogenesis dan depresi berbasis sel punca—Menjadi atau tidak, apakah itu pertanyaannya?, Jurnal Penelitian Psikiatri 41 (2007), hlm. 713-723.

R.C. Kessler, P. Berglund, O. Demler, R. Jin, D. Koretz, K. R. Merikangas, A. J. Rush, E. E. Walters, P. S. Wang, Epidemiologi gangguan depresi mayor, Jurnal Asosiasi Medis Amerika 289 (2003), hlm. 3095-3105.

M. Kodama, T. Fujioka dan R.S. Duman, olanzapine kronis atau pemberian fluoxetine meningkatkan proliferasi sel di hipokampus dan korteks prefrontal tikus dewasa, Psikiatri Biologis 56 (2004), hlm. 570–580.

Y.-B. Liu, P. A. Lio, J. F. Pasternak, dan B. L. Trommer, Perubahan perkembangan dalam sifat membran dan arus postsinaptik sel granula pada dentate gyrus tikus, Jurnal Neurofisiologi 76 (1996), hlm. 1074−1088.

J.E. Malberg dan R.S. Duman, Proliferasi sel pada hippocampus dewasa berkurang oleh stres yang tak terhindarkan: pembalikan dengan pengobatan fluoxetine, Neuropsikofarmakologi 28 (2003), hlm. 1562–1571.

G.E. Miller, N. Rohleder, C. Stetler dan C. Kirschbaum, Depresi klinis dan regulasi respon inflamasi selama stres akut, Kedokteran Psikosomatik 67 (2005), hlm. 679–687.

C. Pavlides, L.G. Nivon dan B.S. McEwen, Efek stres kronis pada potensiasi jangka panjang hipokampus, Hipokampus 12 (2002), hlm. 245–257.

K.Pham, B.S. McEwen, J.E. Ledoux dan K. Nader, Belajar ketakutan secara sementara merusak proliferasi sel hipokampus, ilmu saraf 130 (2005), hlm. 17–24.

H. van Praag, A. F. Schinder, B. R. Christle, N. Toni, T. D. Palmer, dan F. H. Gage, Neurogenesis fungsional pada hippocampus dewasa, Alam 415 (2001), hlm. 1030-1034.

L. Santarelli, M. Saxe, C. Gross, A. Surget, F. Battaglia dan S. Dulawa dkk., Persyaratan neurogenesis hipokampus untuk efek perilaku antidepresan, Sains 301 (2003), hlm. 805–809.

RM Sapolsky, Apakah gangguan neurogenesis relevan dengan gejala afektif depresi?, Psikiatri Biologis 56 (2004), hlm. 137–139.

T. J. Shors, G. Miesegaes, A. Beylin, M. Zhao, T. Rydel dan E. Gould, Neurogenesis pada orang dewasa terlibat dalam pembentukan jejak ingatan, Alam 410 (2001), hlm. 372–376.

J. A. Sweeney, J. A. Mkiec, dan D. J. Kupfer, Gangguan neuropsikologis pada gangguan mood bipolar dan unipolar pada baterai neurocongitive CANTAB, Psikiatri Biologis 48 (2000), hlm. 674-684.

P. Videbech, B. Ravnkilde, Volume dan depresi hipokampus: meta-analisis studi MRI, Jurnal Psikiatri Amerika. 161 (2004), hal. 1957-1967.

B. Vollmayr, C. Simonis, S. Weber, P. Gass dan F. Henn, Berkurangnya proliferasi sel di dentate gyrus tidak berkorelasi dengan perkembangan ketidakberdayaan yang dipelajari, Psikiatri Biologis 54 (2003), hlm. 1035–1040.


Pengantar

Selama bertahun-tahun, mekanisme ekstrinsik dan intrinsik penting yang mengatur perolehan nasib sel selama perkembangan saraf telah dijelaskan. Gradien morfogen yang disekresikan oleh pusat penyelenggara menginstruksikan sel progenitor saraf (NPC) untuk mengaktifkan ekspresi kaskade faktor transkripsi (TF) yang memandu sel melalui setiap langkah proses akuisisi nasib. Studi genetik in vitro dan in vivo, pada dasarnya berdasarkan eksperimen gain-dan-loss-of-fungsi, mengungkapkan bahwa susunan besar kaskade TF memang bertanggung jawab atas spesifikasi subtipe neuron yang berbeda.

Pengetahuan mekanistik ini sangat penting agar bidang pemrograman ulang sel muncul. Memang, kemungkinan untuk mengubah tipe sel menjadi tipe sel lain sangat bergantung pada temuan mani yang terakumulasi selama 30 tahun terakhir dalam biologi perkembangan saraf.

Kembali pada 1950-an, belum jelas apakah semua sel milik organisme yang sama mengandung set gen yang sama. Pada baris ini, Weismann telah menyarankan bahwa gen yang fungsinya tidak lagi diperlukan mungkin hilang atau tidak aktif secara permanen dalam jenis sel tertentu, menyemai konsep bahwa perolehan nasib sel adalah proses ireversibel yang dikaitkan dengan hilangnya materi genetik. Konsep ini, yang terwakili dengan baik oleh lanskap Waddington yang terkenal (Waddington, 1957) kemudian ditentang oleh karya Gurdon. Dia melakukan eksperimen perintis transfer inti somatik di Xenopus oosit selama gelar Ph.D. studi, memberikan bukti pertama untuk pelestarian integritas genom setelah diferensiasi seluler (Gurdon, 1962).

Sampai saat ini, konsep yang dikonsolidasikan bahwa pembungkaman gen yang dimediasi epigenetik, daripada kehilangan gen, menyertai akuisisi nasib sel. Bukti ini membuka celah terhadap plastisitas identitas sel dan kemungkinan mengubah nasib sel yang terdiferensiasi.

Pada tahun 1988, MyoD ekspresi ektopik dalam fibroblas embrionik tikus (MEFs) terungkap cukup untuk mengubahnya menjadi sel otot (Tapscott et al., 1988). Dua dekade kemudian terobosan dari kelompok Yamanaka menunjukkan bahwa sel somatik dapat dikembalikan ke keadaan pluripoten memaksa ekspresi empat faktor Okt4, Sox2, Klf4, dan c-Myc (Takahashi dan Yamanaka, 2006), yang memediasi remodeling kromatin global yang memungkinkan ekspresi mesin gen pluripotensi (Takahashi dan Yamanaka, 2006 Boissart et al., 2012). Konversi MEF pertama yang berhasil menjadi neuron yang diinduksi fungsional (iNs) dijelaskan beberapa tahun kemudian melalui Ascl1, brn2, dan Myt1l salah ekspresi (Vierbuchen et al., 2010). Setelah penelitian ini, banyak orang lain berusaha untuk memodifikasi atau memperkaya kombinasi TF ini untuk menginduksi diferensiasi MEF menuju subtipe neuron spesifik yang terlokalisasi ke area otak yang ditentukan (ditinjau dalam Masserdotti et al., 2016).

Semua karya ini menyoroti kemampuan koktail TF yang dipilih secara akurat untuk mengubah nasib sel yang terdiferensiasi sepenuhnya dan untuk mendapatkan sel saraf fungsional.

To define a cell reprogramming gene cocktail, the TFs to be tested in the screening are chosen for their capability to impose that specific neuronal fate (master regulator genes) or among genes enriched in the target cell population, but not necessarily with their functions already addressed. Very recently, unbiased screenings of TFs for neuronal conversion have been also performed with very informative results (Liu et al., 2018 Tsunemoto et al., 2018). Once the candidate TF list is selected, they are delivered in donor cells according to a “narrow down” or an � one” strategy. Generally, TFs are delivered and expressed all simultaneously in the donor cells although they control different phases of the cell fate acquisition process. In other cases, genetic tricks (i.e., mix of constitutive promoter guided- and inducible promoter guided-TFs whose expression can be turned off at a defined time) are employed to allow sequential expression of TFs required in different phases of differentiation in a manner that tries to recapitulate the expression timing observed during in vivo development (Au et al., 2013 Colasante et al., 2015). Finally, in an even more sophisticated experimental setting, the endogenous loci of the desired TFs can be activated using the CRISPR/Cas9 system (Black et al., 2016 Liu et al., 2018). In all these cases, the final output of these studies can meet the initial expectations, but unpredicted results have not rarely been reported. In fact, in some instances, new features for the mechanisms of action of TFs have been emerging. In others, TFs whose role was not considered determining for a specific neuronal fate acquisition during in vivo development, have come out as pivotal in the neuronal specification during direct cell reprogramming. Even more surprisingly is the identification of TFs not related to neuronal development that are able to impose a neuronal identity when overexpressed in heterologous cells.

This predictive value of the direct cell reprogramming methodology can be likely explained by the fact that during this process selected TFs are forced to operate in donor cell populations that are very distant from the target neuronal cells. This is the case for the fibroblast-to-neuron conversion, as fibroblasts have a mesodermic origin in the embryo contrary to the ectoderm-derived neurons. According to this different ontogeny, fibroblasts present both divergent global gene expression profiles and chromatin states compared to neurons. In this “unfavorable environment,” some neuronal TFs unexpectedly revealed to have a pioneer function being able to “open up” the chromatin and activate genes that are silenced in donor cells. Sebaliknya, in vivo, their function might be facilitated by other TFs expressed earlier in the transcriptional cascades or their function might be hidden by complex gene regulation networks. With its ability to directly challenge TFs, the direct neuronal reprogramming provides a unique experimental system where to better appreciate their role in a relatively simple in vitro assay with a clear phenotypic analysis outcome.


Ucapan Terima Kasih

The authors thank members of the Borrell laboratory, P. Bayly, R. Toro, M. Götz and W. Huttner, for insightful discussions. The authors apologize to colleagues whose research was not cited owing to the broad scope and space limitations of this Review. The authors’ research was supported by a European Research Grant (CORTEXFOLDING-309633), a Spanish Ministry of Economy and Competitiveness Grant (SAF2015-69168-R), the European Union Seventh Framework Programme (FP7/2007-2013, under the project DESIRE-602531) and the Spanish State Research Agency through the ‘Severo Ochoa’ Programme for Centers of Excellence in Research and Development (reference SEV-2017-0723).

Informasi pengulas

Ulasan Alam Ilmu Saraf thanks H. Kawasaki and the other anonymous reviewer(s) for their contribution to the peer review of this work.


Neurogenesis welcomes submissions of the following article types: Brief Research Report, Case Report, Clinical Trial, Community Case Study, Correction, Data Report, Editorial, General Commentary, Hypothesis and Theory, Methods, Mini Review, Opinion, Original Research, Perspective, Review, Specialty Grand Challenge, Systematic Review and Technology and Code.

All manuscripts must be submitted directly to the section Neurogenesis, where they are peer-reviewed by the Associate and Review Editors of the specialty section.


17.24: Neurogenesis - Biology

It is critical that applicants follow the Research (R) Instructions in the SF424 (R&R) Application Guide, except where instructed to do otherwise (in this FOA or in a Notice from the NIH Guide for Grants and Contracts). Conformance to all requirements (both in the Application Guide and the FOA) is required and strictly enforced. Applicants must read and follow all application instructions in the Application Guide as well as any program-specific instructions noted in Section IV. When the program-specific instructions deviate from those in the Application Guide, follow the program-specific instructions. Applications that do not comply with these instructions may be delayed or not accepted for review.

The overall objective of this initiative is to identify both molecular and physiological targets that are potentially amenable to intervention strategies for the prevention, mitigation and treatment of Alzheimer's disease as well as other neurodegenerative diseases.

The number of persons with neurodegenerative diseases (NDs) such as Alzheimer’s, Parkinson’s and Huntington’s diseases (AD, PD, HD) is on the rise as well as that of other, rarer conditions such as Pick’s disease, Creutzfeld-Jacob’s disease (CJD), progressive supranuclear palsy (PSP) and amyotrophic lateral sclerosis (ALS). Finding effective cures or prevention strategies for neurodegenerative diseases is still elusive in spite of intense research efforts over the last few decades. The challenges to achieve this goal are many. A major one is the identification of common molecular, cellular or environmental causes for any single disease. For instance, while a number of conditions share several common features, subsets of patients, even within a single disease category, display distinct clinical and pathological features. Some conditions, such as HD, appear to have a direct genetic cause. In the case of other NDs, the majority of patients do not share any common genetic trait. Within the small subset of individuals with an associated genetic linkage, neuronal degeneration and death results from one or more distinct mutations causing aberrant protein folding, abnormalities in protein degradation, mitochondrial dysfunction, or compromised axonal transport processes. Some of these pathological manifestations have served as primary targets for therapeutic interventions. Success, however, has been limited to temporary symptom relief without any significant alteration of disease progression. Beyond an incomplete understanding of CNS physiology, a major impediment to the discovery and clinical development of therapeutics is our still rudimentary grasp of ND etiology, in large part due to a lack of animal models that can simulate the long course and symptomatology of these diseases and allow the assessment of therapeutic effectiveness. Loss of brain functional ability and neurodegeneration are common features of aging throughout the phylogenetic scale. However, most animal models of terminal neurological diseases currently used in research consist of introducing known causative genetic mutations that are linked to human NDs into rodent models (mice and, in a few cases, rats). Most of them do not fully recapitulate neuronal loss, supporting the idea that neuronal death is caused by a combination of genetic, cellular, and environmental factors. Some models even fail to display the phenotypic alterations associated with the modeled diseases, evidence that humans could be more vulnerable than mice to the same triggers of degeneration. Taken together, these observations suggest the existence, in some species, of compensatory mechanisms that protect neurons from neuronal degeneration. Understanding what these mechanisms are might help identify the preclinical defects that trigger pathogenesis and underlie the presymptomatic phase of the disease. Comparative studies of cellular/molecular pathways that affect aging in different genetic backgrounds can provide a solid foundation to discover critical factors that may explain differences in ND protection between humans and other animal species.

Research on model organisms such as mice, roundworms, fruit flies, and yeast has dramatically advanced our understanding of aging over the past 50 years. Comparative biology research can provide new insights into cellular and molecular mechanisms of aging and disease susceptibility by leveraging natural variants produced over evolutionary time. Several examples of the power of comparative biology come from studies recently supported by NIA. For instance, comparisons of long-lived and short-lived animal species have shown a strong correlation between longevity and enhanced proteostasis, in both vertebrates and invertebrates. Whether this enhanced proteostasis translates into improved resistance to neurodegenerative diseases remains to be investigated. Other studies conducted in multiple species of rotifers, on the other hand, have made a unique contribution in exploring the effect on lifespan of a variety of caloric restriction regimens, small molecule inhibitors, and dietary supplements, and have probed pathways using RNAi. By capitalizing on a broad range of genetic backgrounds, comparative biology approaches are likely to provide valuable insights into evolutionarily conserved cellular/molecular pathways that affect aging-related neurodegenerative diseases and conditions.

Studies involving comparative approaches, both across a broad range of species and across closely related species or strains with different degrees of neurodegeneration and/or resilience to it, could identify components in the pathways that are conserved in function and therefore, potential targets for intervention. At the molecular level, several major pathways that could be involved in resilience to terminal neurodegenerative diseases have been identified. They include autophagy and glycolysis, as well as signaling through metalloproteases, neurotrophins, noradrenaline, ERK and PKCdelta further exploration of these pathways in different contexts is necessary. The fact that these pathways are highly conserved among vertebrates (and some even in invertebrates) makes them potentially informative targets for comparative biology approaches, as well as druggable targets for potential intervention into humans.

The long-term goal of this initiative is to identify novel interventional targets, conserved across a number of species, for the prevention, mitigation and treatment of neurodegenerative diseases. This FOA will support exploratory comparative biology research projects that exploit similarities and differences among different species (or strains within a species) in important molecular, cellular and physiological pathways which affect neurodegeneration and resilience to it. Applicants are invited to submit innovative applications using comparative approaches to explore cellular physiology pathways that might influence neurodegeneration such as adaptation to stress, macromolecular damage, proteostasis and stem cell function and regeneration. Proposed projects should include but not be limited to comparative studies of how different species respond to challenges and damage to these pathways and thereby resist or succumb to age-related neurodegeneration. Approaches can be across vertebrate or invertebrate species or across strains of a given species (i.e. recombinant inbred mouse strains) and will include in vivo research in animal models or in vitro research in cells.

This initiative utilizes the R21 funding mechanism for exploratory and early stage research with a focus on comparative biology that examines how different animal species respond to challenges and damage to cellular physiology pathways that might influence the onset of Alzheimer's and other neurodegenerative diseases as well as resilience to them. These studies may involve considerable risk but may lead to a breakthrough in a particular area or to the development of novel techniques, agents, methodologies, models, or applications that could have a major impact on the field of neurodegeneration and of Alzheimer's disease.

See Section VIII. Other Information for award authorities and regulations.

Grant: A support mechanism providing money, property, or both to an eligible entity to carry out an approved project or activity.


Structure and function of the Mind bomb E3 ligase in the context of Notch signal transduction

N-terminal region of Mind bomb1 recognizes two separate epitopes on Notch ligands.

An architecture resembling Cullin-E3 ligases is proposed for full-length Mind bomb.

Bipartite tail recognition mechanism suggests potential for creating oligomeric assemblies.

The Notch signaling pathway has a critical role in cell fate determination and tissue homeostasis in a variety of different lineages. In the context of normal Notch signaling, the Notch receptor of the ‘signal-receiving’ cell is activated in trans by a Notch ligand from a neighboring ‘signal-sending’ cell. Genetic studies in several model organisms have established that ubiquitination of the Notch ligand, and its regulated endocytosis, is essential for transmission of this activation signal. In mammals, this ubiquitination step is dependent on the protein Mind bomb 1 (Mib1), a large multi-domain RING-type E3 ligase, and its direct interaction with the intracellular tails of Notch ligand molecules. Here, we discuss our current understanding of Mind bomb structure and mechanism in the context of Notch signaling and beyond.


Mouse study finds link between gut bacteria and neurogenesis

GAMBAR: This visual abstract depicts the findings of Möhle et al., which show the impact of prolonged antibiotic treatment on brain cell plasticity and cognitive function. They were able to rescue. lihat lebih banyak

Credit: Möhle et al./Laporan Sel 2016

Antibiotics strong enough to kill off gut bacteria can also stop the growth of new brain cells in the hippocampus, a section of the brain associated with memory, reports a study in mice published May 19 in Laporan Sel. Researchers also uncovered a clue to why-- a type of white blood cell seems to act as a communicator between the brain, the immune system, and the gut.

"We found prolonged antibiotic treatment might impact brain function," says senior author Susanne Asu Wolf of the Max-Delbrueck-Center for Molecular Medicine in Berlin, Germany. "But probiotics and exercise can balance brain plasticity and should be considered as a real treatment option."

Wolf first saw clues that the immune system could influence the health and growth of brain cells through research into T cells nearly 10 years ago. But there were few studies that found a link from the brain to the immune system and back to the gut.

In the new study, the researchers gave a group of mice enough antibiotics for them to become nearly free of intestinal microbes. Compared to untreated mice, the mice who lost their healthy gut bacteria performed worse in memory tests and showed a loss of neurogenesis (new brain cells) in a section of their hippocampus that typically produces new brain cells throughout an individual's lifetime. At the same time that the mice experienced memory and neurogenesis loss, the research team detected a lower level of white blood cells (specifically monocytes) marked with Ly6Chi in the brain, blood, and bone marrow. So researchers tested whether it was indeed the Ly6Chi monocytes behind the changes in neurogenesis and memory.

In another experiment, the research team compared untreated mice to mice that had healthy gut bacteria levels but low levels of Ly6Chi either due to genetics or due to treatment with antibodies that target Ly6Chi cells. In both cases, mice with low Ly6Chi levels showed the same memory and neurogenesis deficits as mice in the other experiment who had lost gut bacteria. Furthermore, if the researchers replaced the Ly6Chi levels in mice treated with antibiotics, then memory and neurogenesis improved.

"For us it was impressive to find these Ly6Chi cells that travel from the periphery to the brain, and if there's something wrong in the microbiome, Ly6Chi acts as a communicating cell," says Wolf.

Luckily, the adverse side effects of the antibiotics could be reversed. Mice who received probiotics or who exercised on a wheel after receiving antibiotics regained memory and neurogenesis. "The magnitude of the action of probiotics on Ly6Chi cells, neurogenesis, and cognition impressed me," she says.

But one result in the experiment raised more questions about the gut's bacteria and the link between Ly6Chi and the brain. While probiotics helped the mice regain memory, fecal transplants to restore a healthy gut bacteria did not have an effect.

"It was surprising that the normal fecal transplant recovered the broad gut bacteria, but did not recover neurogenesis," says Wolf. "This might be a hint towards direct effects of antibiotics on neurogenesis without using the detour through the gut. To decipher this we might treat germ free mice without gut flora with antibiotics and see what is different."

In the future, researchers also hope to see more clinical trials investigating whether probiotic treatments will improve symptoms in patients with neurodegenerative and psychiatric disorders."We could measure the outcome in mood, psychiatric symptoms, microbiome composition and immune cell function before and after probiotic treatment," says Wolf.

This project was funded by the German Research Council

Laporan Sel, Möhle, Mattei, and Heimesaat et al.: "Ly6Chi Monocytes Provide a Link between Antibiotic-Induced Changes in Gut Microbiota and Adult Hippocampal Neurogenesis" http://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(16)30518-6

Laporan Sel (@CellReports), published by Cell Press, is a weekly open-access journal that publishes high-quality papers across the entire life sciences spectrum. The journal features reports, articles, and resources that provide new biological insights, are thought-provoking, and/or are examples of cutting-edge research. Visit: http://www. cell. com/ cell-reports. Untuk menerima peringatan media Cell Press, hubungi [email protected]

Penafian: AAAS dan EurekAlert! tidak bertanggung jawab atas keakuratan rilis berita yang diposting ke EurekAlert! oleh lembaga yang berkontribusi atau untuk penggunaan informasi apa pun melalui sistem EurekAlert.


Cell Biology of Mammalian Neurogenesis

Figure 1. Mouse and human neocortex development.
In mouse, aRG cells are the major neural stem cells. They are highly elongated, with an apical process in contact with the ventricular surface and a basal process connected to the pial surface of the brain. In human, the bRG cells (orange) have lost connection to the apical surface and are localized basally, in the highly enlarged OSVZ. I.P.: Intermediate Progenitor.

Cortical development occurs by proliferation of neural stem cells and migration of newborn neurons over substantial distances. In mice, neuroepithelial cells differentiate into apical radial glial cells (aRG), which act as the stem cells of the developing neocortex and give rise to all neocortical neurons, most glial cells and to the adult stem cells. aRG cells are highly elongated, extending a basal process all the way to the pial surface of the developing brain and an apical process that remains in contact with the ventricular surface (Figure. 1). They undergo fascinating cell cycle-dependent nuclear oscillations, a process known as Interkinetic Nuclear Migration (INM). We previously described the mechanism for G2 apical nuclear migration, which involves a Cdk1-triggered recruitment of the dynein motor to the nuclear pore complex (Hu et al., 2013 Baffet et al., 2015). aRG cells can divide asymmetrically to produce one aRG cell and one intermediate progenitor that will divide to produce two neurons.

Although the ventricular zone (VZ), where aRG cells are located, is the major neurogenic region in mice, the situation is very different in humans where 85% of mitoses occur in the sub-ventricular zone (SVZ). As a consequence, this region is massively thicker and becomes subdivided into two morphologically different regions, the inner SVZ (ISVZ) and the outer SVZ (OSVZ). This is largely due to a second type of neural stem cells, called the basal Radial Glial (bRG) cells (also known as oRG cells) (Figure. 1). bRG cells derive from aRG cells and share several characteristics with these cells, such as the extension of a basal process, the expression of a similar set of transcription factors and, most importantly, the capacity to self-renew. bRG cells are very rare in the smooth mouse brain (lissencephalic) and very abundant in the folded human brain (gyrencephalic) and are thought to be fundamental players of the massive size increase of the human brain.

Our group currently focuses on three main topics:

1/ Mechanisms of polarized trafficking in RG cells

In the highly elongated aRG and bRG cells, long-range polarized trafficking occurs to deliver critical molecules, including surface receptors or secreted factors. To investigate these processes, we have recently developed a method for high resolution subcellular live imaging within thick embryonic brain slices. This approach allows to resolve individual fast-moving structures, such as RAB6+ positive vesicles while they are transported in the apical or basal process (Gambar 2).

/> Figure 2. Subcellular live imaging in RG cells in situ.
A. Experimental set-up for mouse embryonic brain in utero electroporation and brain slice preparation. B. Live imaging of GFP-RAB6 in mouse radial glial cell in situ.

Using this method, we have identified the organization of the microtubule cytoskeleton in RG cells (Coquand et al., 2020).We showed that, while microtubules in the apical process of aRG cells in uniformly oriented basally, microtubules in the basal process display a mixed polarity, reminiscent of the mammalian dendrite (Gambar 3). We furthermore showed that this acentrosomal microtubule network is organized from CAMSAP+ varicosities of the basal process, an organization conserved in human bRG cells. We are currently initiating a project aimed at identifying the factors that control this acentrosomal bipolar microtubule network organization.

Figure 3. Microtubule organization in RG cells in situ.
Microtubules in the apical process have a unipolar basal orientation, while microtubules in the basal process are bipolar and are organized from varicosities.

Our second project aims at identifying the mechanism for post-Golgi apical trafficking in epithelial cells, using aRG cells as a model system (Brault et al, in preparation). Using our live imaging method, as well as a newly generated RAB6A/B double knock-out mouse, we have identified the core machinery that drives post-Golgi transport of the Crumbs apical determinant to the apical surface of mouse aRG cells. We show that impairment of this pathways leads to a delamination of aRG cells that now divide basally, adopting a bRG-like identity. We have now begun a novel project aimed at identifying the mechanisms for basal secretion in RG cells.

2/ Human neurogenesis

To image human bRG cells, we have established the generation of iPS cell-derived human cerebral organoids. We observe the appearance of bRG cells after 5 weeks of culture, which gradually increases in the following weeks. While organoids usually display mild amounts of bRG cells, our adapted protocol leads to the formation of a large OSVZ containing a very abundant bRG cell population (Gambar 4A). In parallel, we have developed the culture and imaging of human fetal brain tissue, obtained through collaborations with two Parisian hospitals (Gambar 4B). Because of the dynamic nature of the processes we investigate, we have developed methods for quantitative live imaging of human fetal tissue and cerebral organoids. Tissues are sliced and put into culture for 7 days. Plasmids encoding fluorescent reporters or knockdown constructs are delivered using retroviral infection and slices are live imaged using a CSU-W1 Spinning wide microscope for 24 to 48 hours (Figure 4C, D). Finally, we have developed a protocol to generate in vitro cultures of human RG cells, obtained from human fetal tissue or cerebral organoids. We have developed assays based on microfabrication techniques allowing to align them on micropatterns of adhesion, in order to manipulate their shape (Figure 4E, F).

Figure 4. Methods for the investigation of human bRG cells.
A. Human cerebral organoid stained for the RG cell marker Sox2, the intermediate progenitor marker Tbr2 and the neuronal marker NeuN. B. Human fetal brain slice stained for the RG cell marker Sox2 and the mitotic RG cell marker Phospho-Vimentin (P-Vim). C. Schematic representation of brain slice infection and in vitro RG cell culture from fetal brain tissue biopsy. D. Live imaging of migrating and dividing bRG cell in human fetal cortex. E. In vitro cultivated human RG cells. F. A RG cell aligned on an elongated fibronectin pattern.

We currently pursue two main projects that focus on human bRG cells. First, we investigate how fate decisions are made in these cells. We have developed a live-fix correlative microscopy method, that allows us to live image dividing bRG cells di tempat, and to identify the fate of the daughter cells. This approach has allowed us to generate a map of bRG cell division modes. Remarkably, this map is highly conserved between human fetal tissue and cerebral organoids (Coquand et al, in preparation). We are now using this knowledge to identify the mechanisms controlling asymmetric cell division, whereby one bRG cells divides into one self-renewing bRG cell and one differentiating cell. In a second project, we are investigating the cytoskeletal-based mechanisms that drive the migration of bRG cells into the developing human neocortex.

3/ Brain Malformations

Alterations in RG cells can lead to a variety of cerebral malformations, which can have genetic or environmental causes (including viral infection). We developed an assay to infect brain slices with flaviviruses and demonstrated that the microcephaly-causing Zika virus (but not other closely-related flaviviruses) specifically infect RG cells and lead to apoptotic cell death (Brault et al., 2016).

In another project, our collaborators have identified mutations in the WDR81 gene that causes extreme microcephaly in newborn children. Using a newly generated WDR81 KO mouse model as well as patient-derived cells, we demonstrated that reduced brain size is specifically due to reduced proliferation rates of RG cells. We showed that WDR81 regulates endosomal trafficking of EGFR, and that loss of function leads to reduced MAP kinase pathway activation (Carpentieri et al., 2020).

Finally, we use patient-derived iPS cells and cerebral organoids to model how mutations can affect human brain development. In particular, we focus on mutations in the DHC1H1 gene, which codes for the dynein heavy chain. Strikingly, our collaborators have identified clusters of mutations that can lead either to cortical malformations, or to motor neuron degeneration (Spinal Muscular Atrophy). We investigate how these different types of mutations differentially affect dynein-based process in the developing cerebral tissue (Farcy et al, in preparation).


Tonton videonya: Increasing neurogenesis rejuvenates navigational strategies and memory (Agustus 2022).