Springer Science and Business Media LLC

RNA không mã hóa dài (ncRNA) đang nổi lên như những yếu tố điều chỉnh quan trọng trong sự phân hóa tế bào và được biểu hiện rộng rãi trong não.

Chúng tôi đã chỉ ra rằng nhiều ncRNA dài cho thấy các mô hình biểu hiện động trong suốt quá trình xác định dòng tế bào thần kinh và oligodendrocyte (OL), các chuyển tiếp số phận giữa tế bào thần kinh và tế bào glia, cùng với các giai đoạn tiến bộ trong sự phát triển dòng tế bào OL bao gồm cả quá trình myelination. Khi xem xét ngữ cảnh di truyền của các ncRNA được điều chỉnh một cách động này, chúng tôi phát hiện rằng chúng là một phần của các locus phiên mã phức tạp chứa các gen mã hóa protein phát triển thần kinh quan trọng, với đó chúng cho thấy các hồ sơ biểu hiện đồng nhất như đã chỉ ra bởi cả phân tích vi mảng và phương pháp lai in situ. Điều này bao gồm các ncRNA liên quan đến các miền hạt nhân đặc hiệu cho sự phân hóa như Gomafu và Neat1, cùng với các ncRNA liên quan đến các yếu tố tăng cường phát triển và các gen mã hóa các yếu tố phiên mã quan trọng và protein homeotic. Chúng tôi cũng quan sát được những thay đổi trong hồ sơ biểu hiện ncRNA in đáp ứng với điều trị bằng trichostatin A, một chất ức chế histone deacetylase, ngăn cản sự phát triển của các tiền thân OL thành OL không phân chia bằng cách thay đổi các chương trình biểu hiện gen đặc hiệu dòng.

Đây là báo cáo đầu tiên về biểu hiện ncRNA dài trong sự phân hóa tế bào thần kinh và tế bào glia và về việc điều chỉnh biểu hiện ncRNA bởi sự sửa đổi kiến trúc của chromatin. Những quan sát này liên kết rõ ràng động lực học của ncRNA với các quyết định số phận của tế bào gốc thần kinh, sự xác định và lập trình lại epigenetic, và có thể có những hệ quả quan trọng cho việc hiểu và điều trị các bệnh tâm thần - thần kinh.

Nguyên nhân gây chết tế bào thần kinh trong bệnh xơ cứng teo cơ một bên (ALS) vẫn chưa được xác định, nhưng rối loạn chức năng ty thể có thể đóng vai trò quan trọng. Các thể keto thúc đẩy sản xuất năng lượng ty thể và ổn định màng tế bào.

Chuột ALS biến đổi gen SOD1-G93A được cho ăn chế độ ăn kiêng ketogenic (KD) dựa trên các công thức đã biết cho con người. Các chỉ số hiệu suất vận động, tuổi thọ và số lượng tế bào thần kinh vận động đã được đo ở những động vật được điều trị và nhóm đối chứng bệnh. Do rối loạn chức năng ty thể đóng vai trò trung tâm trong cái chết của tế bào thần kinh trong ALS, chúng tôi cũng đã nghiên cứu tác động của thể keto chính, D-β-3 hydroxybutyrate (DBH), đối với việc sản sinh ATP ở ty thể và sự bảo vệ thần kinh. Các thể keto trong máu cao hơn 3,5 lần ở các động vật ăn KD so với nhóm đối chứng. Chuột ăn KD mất 50% hiệu suất vận động cơ bản muộn hơn 25 ngày so với nhóm đối chứng bệnh. Các động vật ăn KD nặng hơn 4,6g so với nhóm đối chứng bệnh tại thời điểm kết thúc nghiên cứu; sự tương tác giữa chế độ ăn và sự thay đổi trọng lượng là đáng kể (p = 0.047). Trong các mảnh mô tủy sống lấy tại thời điểm kết thúc nghiên cứu, có nhiều tế bào thần kinh vận động hơn ở các động vật ăn KD (p = 0.030). DBH đã ngăn chặn sự ức chế của rotenone đối với phức hợp ty thể I nhưng không ngăn được sự ức chế của malonate đối với phức hợp II. Độc tính thần kinh của rotenone đối với các tế bào thần kinh vận động dương tính với kháng thể SMI-32 cũng bị ức chế bởi DBH.

Đây là nghiên cứu đầu tiên cho thấy chế độ ăn, đặc biệt là một KD, có ảnh hưởng đến tiến triển của các biểu hiện lâm sàng và sinh học của mô hình chuột biến đổi gen G93A SOD1 trong bệnh ALS. Những tác động này có thể là do khả năng của các thể keto trong việc thúc đẩy tổng hợp ATP và vượt qua sự ức chế của phức hợp I trong chuỗi hô hấp ty thể.

Động kinh là một rối loạn thần kinh phổ biến, do sự tăng hoạt bất thường và không kiểm soát của các nơron. Chúng tôi đã điều tra khả năng sử dụng bức xạ xung động thấp, siêu âm hội tụ (FUS) để ức chế không xâm lấn hoạt động động kinh trong một mô hình động vật (chuột cống), được gây ra bởi tiêm pentylenetetrazol (PTZ) vào khoang bụng.

Sau khi bắt đầu xuất hiện cơn động kinh, FUS được truyền qua hộp sọ vào não hai lần, mỗi lần ba phút, trong khi tiến hành theo dõi điện não đồ (EEG). Một máy phát siêu âm hình cầu có khí đệm (đường kính: 6 cm; bán kính cong: 7 cm) hoạt động ở tần số cơ bản 690 KHz đã được sử dụng để truyền một chuỗi xung siêu âm kéo dài 0.5 msec với tần suất lặp lại 100 Hz đến các khu vực đồi thị của não. Cường độ âm (130 mW/cm²) được sử dụng trong thí nghiệm nằm trong khoảng an toàn cho hình ảnh siêu âm lâm sàng. Sự xuất hiện các đợt nổ EEG động kinh từ chuột bị động kinh đã giảm đáng kể sau khi truyền siêu âm khi so với trạng thái động kinh trước khi truyền. Nhóm kiểm soát bị kích thích PTZ mà không nhận được bất kỳ liệu pháp siêu âm nào cho thấy một số lượng đợt nổ tín hiệu EEG động kinh duy trì. Các động vật trải qua liệu pháp siêu âm cũng cho thấy hành vi động kinh ít nghiêm trọng hơn, được đánh giá bằng điểm số Racine. Phân tích mô học xác nhận rằng việc truyền siêu âm không gây tổn thương cho mô não.

Các kết quả này đã chỉ ra rằng việc truyền siêu âm xung lực thấp FUS đã ức chế số lượng đợt nổ tín hiệu động kinh trong mô hình động kinh cấp tính trên động vật. Do tính chất không xâm lấn và chọn lọc về mặt không gian, FUS có thể mở ra những triển vọng mới cho một phương pháp điều trị động kinh không xâm lấn.

Các tương tác DNA-protein trong não trưởng thành ngày càng được công nhận là các yếu tố điều hòa chính cho tính linh hoạt hành vi và sự rối loạn thần kinh trong các bệnh tâm thần kinh mãn tính. Tuy nhiên, các thử nghiệm trên chromatin thường thiếu độ phân giải tế bào đơn lẻ, vì vậy rất ít thông tin được biết đến về sự điều hòa của chromatin trong các nhân tế bào thần kinh đã biệt hóa nằm trong mô não, lẫn lộn với nhiều loại tế bào không phải thần kinh khác.

Ở đây, chúng tôi mô tả một giao thức để đánh dấu chọn lọc các nhân tế bào thần kinh từ não trưởng thành – bằng cách sử dụng (kháng thể chống NeuN) đánh dấu miễn dịch hoặc protein liên hợp histone H2B-GFP từ gen chuyển giao – để phân loại bằng kích hoạt huỳnh quang và miễn dịch tách chiết chromatin (ChIP). Để minh họa một ví dụ, chúng tôi đã so sánh các dấu methyl hóa lysine 4 và 9 của histone H3 tại các promoter gen chọn lọc trong chromatin của tế bào thần kinh, tế bào không thần kinh và chromatin chưa phân loại từ vỏ não chuột và vỏ não người, và cung cấp bằng chứng cho chữ ký methyl hóa histone đặc hiệu cho tế bào thần kinh.

Với những sửa đổi được chi tiết trong giao thức này, phương pháp có thể được sử dụng để thu thập các nhân tế bào từ các phân nhóm cụ thể của tế bào thần kinh từ bất kỳ vùng não nào để thực hiện ChIP với các chuẩn bị chromatin tự nhiên/chưa cố định hoặc đã liên kết chéo. Bắt đầu từ việc thu hoạch mô não, các nhân tế bào thần kinh sẵn sàng cho ChIP có thể được thu được trong vòng một ngày.

Sự tiếp xúc với ethanol trong giai đoạn phát triển sớm gây ra cái chết tế bào thần kinh nghiêm trọng bằng cách kích hoạt nhiều con đường căng thẳng và gây ra các rối loạn thần kinh, chẳng hạn như ảnh hưởng của rượu đối với thai nhi hoặc hội chứng rượu bào thai. Nghiên cứu này đã điều tra tác động của ethanol đối với các sự kiện nội bào khiến cho các tế bào thần kinh đang phát triển dễ bị apoptosis thông qua tín hiệu trung gian canxi. Mặc dù các cơ chế phân tử gây độc thần kinh của ethanol chưa được xác định hoàn toàn, nhưng sự rối loạn chức năng ty thể, sự thay đổi cân bằng canxi và các protein liên quan đến apoptotic đã được liên quan đến độc tính của ethanol. Nghiên cứu hiện tại được thiết kế để đánh giá các cơ chế bảo vệ thần kinh của metformin (Met) và thymoquinone (TQ) trong điều kiện độc tính của ethanol ở các tế bào vỏ não chuột con trong ngày mang thai (GD) 17.5.

Chúng tôi phát hiện rằng Met và TQ, tách riêng và kết hợp, tăng cường sự sống sót của tế bào sau khi tiếp xúc với ethanol (100 mM) trong 12 giờ và làm giảm sự gia tăng canxi tự do trong bào tương [Ca²⁺]_c. Hơn nữa, Met và TQ duy trì thế điện sinh lý bình thường của ty thể (Δψ_M), thường bị giảm bởi sự tiếp xúc với ethanol. Sự gia tăng canxi tự do trong bào tương [Ca²⁺]_c và sự giảm thế điện màng ty thể sau khi tiếp xúc với ethanol đã làm giảm đáng kể sự biểu hiện của một protein chống apoptotic chính (Bcl-2), tăng biểu hiện của Bax, và kích thích sự giải phóng cytochrome-c từ ty thể. Việc điều trị bằng Met và TQ đã ức chế chuỗi quá trình apoptotic bằng cách tăng biểu hiện của Bcl-2. Các hợp chất này cũng ức chế sự kích hoạt của caspase-9 và caspase-3 và giảm sự cắt PARP-1. Hình dạng hình thái của cái chết tế bào được đánh giá bằng nhuộm TUNEL, Fluoro-Jade-B và PI. Các phương pháp nhuộm này cho thấy cái chết tế bào nhiều hơn sau điều trị với ethanol, trong khi Met, TQ hoặc sự kết hợp Met và TQ ngăn ngừa cái chết tế bào apoptotic do ethanol gây ra.

Các phát hiện này gợi ý rằng Met và TQ là những tác nhân bảo vệ mạnh mẽ chống lại quá trình apoptosis thần kinh do ethanol gây ra ở các tế bào vỏ não chuột cận huyết. Dữ liệu tổng hợp cho thấy Met và TQ có tiềm năng làm giảm độc tính thần kinh của ethanol và tiết lộ cơ chế mục tiêu bảo vệ có thể có đối với các tác động gây hại của ethanol trong giai đoạn phát triển não bộ sớm.

Tế bào gốc trung mô (MSCs) là tế bào gốc đa năng được lấy từ tủy xương có chức năng tiết ra nhiều yếu tố dinh dưỡng thần kinh. Yếu tố phát sinh từ tế bào mô đệm-1α (SDF-1α) cũng được báo cáo là một trong những chemokine được giải phóng từ MSCs. Trong nghiên cứu này, các tác dụng điều trị của MSCs thông qua SDF-1α đã được khám phá. 6-hydroxydopamine (6-OHDA, 20 μg) đã được tiêm vào vùng striatum bên phải của chuột cái SD, với việc tiếp theo là sự xử lý các tế bào MSC có gán nhãn GFP, tế bào nguyên bào sợi (i.v., 1 × 10⁷ tế bào, tương ứng) hoặc PBS sau 2 giờ tiêm 6-OHDA. Tất cả chuột đã được đánh giá về hành vi thông qua bài kiểm tra ống và bài kiểm tra xoay do amphetamine trong 1 tháng, với việc thực hiện thiến để đánh giá miễn dịch hóa mô. Thêm vào đó, để khám phá các cơ chế tiềm năng, các tác dụng bảo vệ thần kinh của SDF-1α đã được nghiên cứu bằng cách sử dụng các tế bào PC12 tiếp xúc với 6-OHDA thông qua thử nghiệm dopamine (DA) và nhuộm TUNEL để đánh dấu đầu cắt dUTP-biotin được điều hòa bởi TdT.

Chuột nhận được cấy ghép MSC đã cải thiện đáng kể hành vi cả trong bài kiểm tra ống và bài kiểm tra xoay do amphetamine so với các nhóm chứng. Tương ứng, chuột được cấy MSC thể hiện sự bảo tồn đáng kể về mật độ các sợi dương tính với tyrosine hydroxylase (TH) trong striatum và số lượng tế bào nơron dương tính với TH trong vùng substantia nigra pars compacta (SNc) so với chuột chứng. Trong nghiên cứu in vitro, điều trị bằng SDF-1α đã tăng cường sự giải phóng DA và ngăn chặn cái chết tế bào do sự gây ra bởi 6-OHDA so với các nhóm chứng.

Do đó, việc cấy ghép MSC có thể tạo ra sự bảo vệ thần kinh cho các nơron dopaminergic tiếp xúc với 6-OHDA ít nhất một phần thông qua các tác dụng chống apoptosis của SDF-1α. Các kết quả cho thấy tiềm năng của việc sử dụng MSC tĩnh mạch cho các ứng dụng lâm sàng, mặc dù cần có thêm các nghiên cứu tiếp theo.