Production of hESCs for the study of human serotonergic neurons in health and disease
Prosjekt
- Prosjektnummer
- 2011021
- Ansvarlig person
- Joel C. Glover
- Institusjon
- Oslo universitetssykehus HF
- Prosjektkategori
- Postdoktorstipend
- Helsekategori
- Neurological
- Forskningsaktivitet
- 1. Underpinning
Rapporter
Production of hESCs for the study of human serotonergic neurons in health and disease
Bruk av humane embryonale stamceller har åpnet for nye måter å forstå nevrologiske sykdommer som innebærer forstyrrelser av serotoninsystemet i hjernen. I tillegg har man avslørt at humane embryoer kan være følsomme for serotonin og serotonin-påvirkende medikamenter på svært tidlige stadier.
Serotonin er en svært viktig signalsubstans i hjernen, og er involvert i mange viktige funksjoner, inkludert regulering av motorikk, smerte, sinnstemning, søvn, hukommelse og andre kognitive evner. Feilregulering i serotonin-systemet ligger til grunn for en lang rekke fysiologiske og atferdmessige forstyrrelser.
Blant forstyrrelsene der serotonin er implisert er smertesyndromer (deriblant migrene), motoriske forstyrrelser, søvnforstyrrelser, spiseforstyrrelser, og sinnsforstyrrelser. Defekter hos nerveceller som bruker serotonin (serotonerge nerveceller) er knyttet til et stort spekter av psykiatriske tilstander, deriblant depresjon og bipolarforstyrrelser, angst, schizofreni, ADHD og autisme. Fordi det biologiske grunnlaget for disse tilstander er vanskelig å utforske hos mennesker, og fordi det ikke finnes gode dyremodeller, er det et behov å lage cellebaserte modeller der forstyrrelser i serotonin-systemet kan etterlignes og studeres på molekylært plan.
Dette prosjektet tar sikte på å lage humane serotonerge nerveceller som kan brukes til å studere sykdomsmekanismer som ligger bak feilregulering av serotonin-systemet. Til dette har vi tidligere skaffet flere linjer med humane embryonale stamceller (hES celler) fra Sverige og USA, og etablert en protokoll som styrer hES celler til å lage serotonerge nerveceller. I 2015 har vi jobbet med optimalisering av protokollen slik at differensieringen til serotonerge nerveceller er mer effektiv. I denne forbindelsen har vi igangsatt et samarbeid med en forskningsgruppe i USA (Su-Chun Zhang, University of Wisconsin), som har jobbet med etablering av en lignende differensieringsprotokoll.
I 2015 har vi også gjennomført ytterligere analyser av genekspresjon i hES cellene som er utgangspunktet for differensieringen, ut ifra vårt uventede funn i 2014 at hES celler og humane blastocyster allerede uttrykker en rekke serotoninreseptorer, og at binding av serotonin til disse trigger intracellulære signalkaskader og forårsaker endringer i cellesyklus. Dette impliserer serotonin som et viktig signal i humane embryoer på preimplanteringsstadier, noe som kan være viktig i forbindelse med gravide kvinners bruk av serotoninpåvirkende medikamenter. I løpet av 2015 har vi utvidet disse resultatene med bekreftende analyser av serotoninreseptor-ekspresjon på proteinnivå, og med undersøkelser av flere intracellulære signalsystemer som aktiveres av serotonin-reseptorene. Resultatene ble presentert på den store internasjonale stamcelleforskningskongressen ISSCR-møtet i Stockholm i juni 2015. Dette arbeidet har nå blitt så pass komplett at vi holder på med å skrive et manuskript til innsendelse som vi forventer vil bli publisert i løpet av 2016.
Som nevnt over, viser våre resultater at serotonin-medierte signaler kan virke inn på tidlige embryonale stadier hos mennesker. Rsultatene har derved implikasjoner for hvordan bruk hos gravide av serotonin-modulerende medikamenter, for eksempel i forbindelse med behandling av depresjon og angst, kan påvirke de aller tidligste utviklingsfaser hos deres ufødte barn. Dette kan munne ut i endringer i praksis rundt bruk av slike medikamenter hos gravide.
Bruk av humane embryonale stamceller har åpnet for nye måter å forstå nevrologiske sykdommer som innebærer forstyrrelser av serotoninsystemet i hjernen. I tillegg har man avslørt at humane embryoer kan være følsomme for serotonin og serotonin-påvirkende medikamenter på svært tidlige stadier.Serotonin er en svært viktig signalsubstans i hjernen, og er involvert i mange viktige funksjoner, inkludert regulering av motorikk, smerte, sinnstemning, søvn, hukommelse og andre kognitive evner. Feilregulering i serotonin-systemet ligger til grunn for en lang rekke fysiologiske og atferdmessige forstyrrelser.
Blant forstyrrelsene der serotonin er implisert er smertesyndromer (deriblant migrene), motoriske forstyrrelser, søvnforstyrrelser, spiseforstyrrelser, og sinnsforstyrrelser. Defekter hos nerveceller som bruker serotonin (serotonerge nerveceller) er knyttet til et stort spekter av psykiatriske tilstander, deriblant depresjon og bipolarforstyrrelser, angst, schizofreni, ADHD og autisme. Fordi det biologiske grunnlaget for disse tilstander er vanskelig å utforske hos mennesker, og fordi det ikke finnes gode dyremodeller, er det et behov å lage cellebaserte modeller der forstyrrelser i serotonin-systemet kan etterlignes og studeres på molekylært plan.
Dette prosjektet tar sikte på å lage humane serotonerge nerveceller som kan brukes til å studere sykdomsmekanismer som ligger bak feilregulering av serotonin-systemet. Til dette har vi skaffet flere linjer med humane embryonale stamceller (hES celler) fra Sverige og USA. Disse hES celler kan styres til å lage en hvilken som helst type kroppscelle. Vi har etablert en protokoll som styrer hES celler til å lage serotonerge nerveceller. Tidligere har vi jobbet med å finjustere celledyrkningsmediumet vi bruker i forbindelse med denne prosessen slik at de serotonerge nervecellene mer effektivt kan danne elektriske impulser, som er nødvendige for at nervecellene kan brukes til videre forskning. I 2014 har vi gjennomført testing av genekspresjon i både hES cellene som er utgangspunktet for differensieringen, og de serotonerge nervecellene som differensieringen har gitt opphav til. Vi har fokkusert på serotonin syntese-enzymer og serotonin reseptorer. Vi har funnet uventet at hES celler allerede uttrykker en rekke serotoninreseptorer, noe som kan impliserer disse i svært tidlige utviklingsprosesser. Vi har også sett at aktivering av serotoninreseptorer hos hES celler trigger intracellulære signalkaskader og forårsaker endringer i cellesyklus. Dette har vi begynt å jobbe videre med i samarbeid med kolleger på Karolinska Institutet. Funnene kan tyde på at humane embryoer på preimplanteringsstadier kan være følsomme for serotonin eller serotoninagonister. Dette kan være viktig i forbindelse med gravide kvinners bruk av serotoninpåvirkende medikamenter.
Serotonin er en svært viktig signalsubstans i hjernen, og er involvert i mange viktige funksjoner, inkludert regulering av motorikk, smerte, sinnstemning, søvn, hukommelse og andre kognitive evner. Feilregulering i serotonin-systemet ligger til grunn for en lang rekke fysiologiske og atferdmessige forstyrrelser.Blant forstyrrelsene der serotonin er implisert er smertesyndromer (deriblant migrene), motoriske forstyrrelser, søvnforstyrrelser, spiseforstyrrelser, og sinnsforstyrrelser. Defekter hos nerveceller som bruker serotonin (serotonerge nerveceller) er knyttet til et stort spekter av psykiatriske tilstander, deriblant depresjon og bipolarforstyrrelser, angst, schizofreni, ADHD og autisme. Fordi det biologiske grunnlaget for disse tilstander er vanskelig å utforske hos mennesker, og fordi det ikke finnes gode dyremodeller, er det et behov å lage cellebaserte modeller der forstyrrelser i serotonin-systemet kan etterlignes og studeres på molekylært plan.
Dette prosjektet tar sikte på å lage humane serotonerge nerveceller som kan brukes til å studere sykdomsmekanismer som ligger bak feilregulering av serotonin-systemet. Til dette har vi skaffet flere linjer med humane embryonale stamceller (hES celler) fra Sverige og USA. Disse hES celler kan styres til å lage en hvilken som helst type kroppscelle. Vi har etablert en protokoll som styrer hES celler til å lage serotonerge nerveceller. I løpet av 2013 har vi jobbet med å finjustere celledyrkningsmediumet vi bruker i forbindelse med denne prosessen slik at de serotonerge nervecellene mer effektivt kan danne elektriske impulser, som er nødvendige for at nervecellene kan brukes til videre forskning. Vi har også genmodifisert hES cellene vi starter med slik at serotonerge nerveceller lyser opp så snart de begynner å danne serotonin. Dette gjøre det mulig å identifisere og isolere nervecellene på en raskere og mer effektiv måte. Målet nå er å bruke disse serotonerge nervecellene som platform for testing av nye medikamenter for serotonin-relaterte forstyrrelser.
Serotonin er en svært viktig signalsubstans i hjernen, og er involvert i mange viktige funksjoner, inkludert regulering av motorikk, smerte, sinnstemning, søvn, hukommelse og andre kognitive evner. Feilregulering i serotonin-systemet ligger til grunn for en lang rekke fysiologiske og atferdmessige forstyrrelser.Blant forstyrrelsene der serotonin er implisert er smertesyndromer (deriblant migrene), motoriske forstyrrelser, søvnforstyrrelser, spiseforstyrrelser, og sinnsforstyrrelser. Defekter hos nerveceller som bruker serotonin (serotonerge nerveceller) er knyttet til et stort spekter av psykiatriske tilstander, deriblant depresjon og bipolarforstyrrelser, angst, schizofreni, ADHD og autisme. Fordi det biologiske grunnlaget for disse tilstander er vanskelig å utforske hos mennesker, og fordi det ikke finnes gode dyremodeller, er det et behov å lage cellebaserte modeller der forstyrrelser i serotonin-systemet kan etterlignes og studeres på molekylært plan.
Dette prosjektet tar sikte på å lage humane serotonerge nerveceller som kan brukes til å studere sykdomsmekanismer som ligger bak feilregulering av serotonin-systemet. Til dette har vi skaffet flere linjer med humane embryonale stamceller (hES celler) fra Sverige og USA. Disse hES celler kan styres til å lage en hvilken som helst type kroppscelle. Vi har jobbet med etablering av en protokoll som styrer hES celler til å lage serotonerge nerveceller. I løpet av 2012 har vi klart å fremstille serotonerge nerveceller som viser flere av de nødvendige trekk som slike nerveceller skal ha, inklusiv uttrykk av enzymene som danner serotonin, ulike reseptorer for serotonin, proteiner som er med på å skape kontaktpunkter mellom nerveceller, og proteiner som skaper evnen til å danne elektriske impulser.
Vi har også begynt med en prosedyre der disse humane serotonerge nervecellene genmodifiseres slik at de lyser opp når de begynner å danne serotonin. Dette vil muliggjøre en rask og effektiv isolering fra andre celler som dannes av hES cellene. Med dette som utgangspunkt vil de neste stegene i prosjektet dreier seg om å bruke disse serotonerge nervecellene som platform for testing av nye medikamenter for serotonin-relaterte forstyrrelser.
Serotonerge nerveceller regulerer mange funksjoner i hjernen og er blitt implisert i en rekke forskjellige sykdommer. For å lettere kunne studere sykdomsmekanismer knyttet til serotonerge nerveceller hos mennesker bruker vi i dette prosjektet humane embryonale stamceller som kilde for å lage humane serotonerge nerveceller.Humane embryonale nerveceller kan differensieres til en hvilken som helst celletype i kroppen. I 2008 ble Bioteknologiloven endret slik at det ble tillatt å forske på humane embryonale stamceller. Ved Nasjonalt senter for stamcelleforskning har vi hentet inn fra USA og Sverige flere linjer av humane embryonale stamceller og etablert dem til videre bruk innen forskning. Fire av disse er blitt testet for evnen til å differensiere seg til nerveceller. To av disse har vist god nevral differensiering og er blitt testet videre for evnen til å danne serotonerge nerveceller. En linje har pekt seg ut som spesielt godt egnet. Fordi differensieringen ikke er homogen, dvs at vi får en blandning av ulike nervecelletyper inklusiv serotonerge nerveceller, gjennomfører vi nå i samarbeid med en forskningsgruppe i Italia en genetisk modifisering av cellene slik at de rapportere om de blir serotonerge. Dette skjer ved at når genet for det syntetiske enzymet som lager serotonin skrues på, blir det automatisk uttrykt et fluoriscerende protein som gjør at cellene lyser grønt. De grønne cellene kan da isoleres ved bruk av flowcytometri (der celler med forskjellige farger kan separeres). Denne metoden er allerede utprøvd på embryonale stamceller fra mus med gode resultater. Genmodifiseringen vil foretas på den ene humane embryonale stamcellelinjen tidlig i 2012, og vi regner med å kunne isolere humane serotonerge nerveceller i løpet av året.
Samtidig foretar vi immunhistokjemiske undersøkelser som viser hvordan serotonerge nerveceller projiserer til ulike målceller i hjernestammen og ryggmargen hos mus. Denne informasjon er relevant for studier av humane serotonerge nerveceller in vivo etter transplantasjon i mus med ulike serotonin-relaterte sykdommer.
Vitenskapelige artikler
Samara A et al
Expression of 5-HT receptors in human blastocysts and ESCs
Society for Neuroscience Meeting Abstract, 2014
Samara A et al
Expression of 5-HT receptors in human blastocysts and ESCs
International Society for Stem Cell Research Meeting Abstract 2015
Susanne Ström, Athina Samara, Joel C. Glover
Human embryonic stem cell-derived serotonergic neurons
International Society for Stem Cell Research, Annual Meeting 2013
Deltagere
- Athina Samara Forsker (annen finansiering)
- Joel Glover Prosjektleder
- Susanne Strøm Postdoktorstipendiat
- Orsolya Kreneisz Prosjektdeltaker
eRapport er utarbeidet av Sølvi Lerfald og Reidar Thorstensen, Regionalt kompetansesenter for klinisk forskning, Helse Vest RHF, og videreutvikles av de fire RHF-ene i fellesskap, med støtte fra Helse Vest IKT
Alle henvendelser rettes til eRapport