構建出將皮膚細胞轉化為神經元的重編程配方

大腦是非常復雜的，有數千種不同類型的細胞，而且每種細胞參與不同的疾病。理解和治療許多大腦疾病的問題在于我們不能可重復性地產生正確類型的腦細胞。

在一項新的研究中，美國斯克里普斯研究所的Kristin Baldwin教授及其團隊想要知道簡化和擴展讓利用皮膚細胞直接制造出神經元的編碼工具盒（coding toolbox）是否是可能的。Baldwin實驗室成員Rachel Tsunemoto博士在之前的一項研究中已提示著一次僅利用兩種轉錄因子產生特定類型的神經元是可能的（Nature Neuroscience, 2015, doi:10.1038/nn.3887）。因此，她和其他的實驗室成員設計和測試了大量的雙轉錄因子編碼以便觀察它們是否能夠將皮膚細胞轉化為具有神經元基本核心特征（比如它們的形狀和電興奮性）的細胞。

盡管這些研究人員預計會發現一些新的轉錄因子，或者可能根本就不會有所發現，但是他們的大規模篩選結果是極其令人吃驚的。在利用傳統的電記錄方法和新型高靈敏的測序方法測試的將近600種轉錄因子中，它們的中12％以上最終將皮膚細胞轉化為神經元---發現70多個新的配方或編碼可用于神經元產生。相關研究結果于2018年5月9日在線發表在Nature期刊上，論文標題為“Diverse reprogramming codes for neuronal identity”。這些發現為在培養皿中在可重復的條件下研究自閉癥、精神分裂癥、成癮和阿爾茨海默病等常見的大腦疾病打開大門。

接下來出現了更大的驚喜。正如Baldwin稱呼的那樣，這些由皮膚細胞（具體為成纖維細胞）產生的“合成神經元（synthetic neuron）”開始長出突觸并嘗試著彼此間進行通信。要知道，成纖維細胞彼此之間是不會進行通信的。

每個編碼產生了一組具有不同性質的神經元，其中的一些神經元似乎有助于理解我們的基因組成中的差異如何讓我們易于產生在自閉癥、尼古丁成癮或神經變性等疾病中出現的神經多樣性。

這項新研究代表著細胞重編程領域取得重大的進展。用于產生神經元的轉錄因子就像編碼一樣，如今人們能夠反復不斷地輸入這些編碼來獲得開展他們的研究所需的特定類型的神經元，而無需從大腦外科手術中獲得非常寶貴的人類樣本（僅能夠在幾個小時內用于研究）。

Baldwin說，“如今我們能夠成為更好的基因組偵探。建立這些編碼和它們產生的神經元類型的數據庫能夠有助我們將人類大腦疾病的基因組研究直接與對神經元中發生何種差錯的分子理解相關聯起來，這是發現和開展靶向療法的關鍵。”

這些研究人員正在鼓勵其他的科學家們通過由斯克里普斯研究所運行的一個稱為BioGPS的免費平臺來使用他們的研究結果。畢竟需要探究的東西太多了。