В данном исследовании мы продемонстрировали, что астроциты полосатого тела у R6/2 и YAC128 мышей, моделирующих HD, могут превращаться в GABAergic нейроны и ослаблять дефицит моторной функции. Преобразованные in vivo нейроны обнаруживают сходные электро-физиологические свойства с соседствующими с ними уже существующими нейронами и они посылают длинные аксональные проекции в GP и SNr зависимым от времени способом. Напр., базирующаяся на NeuroD1 и Dlx2 генотерапия частично устраняет дефицит моторной функции и увеличивает жизнеспособность R6/2 мышей. Эта проверка принципа иллюстрирует возможность нейрорегенеративной генотерапии, нацеленной на нейродегенеративные нарушения посредством in vivo превращения астроцитов в нейроны.

Это исследование демонстрирует регенерацию in vivo GABAergic нейронов и в частности DARPP32+ нейронов со сходными электрофизиологическими свойствами с предсущесвующими нейронами. Особое беспокойство доставляет, действительно ли эти вновь превращенные нейроны одинаковы с предсуществующими нейронами, поскольку AVV сами по себе могут инфицировать как астроциты, так нейроны. Во-первых, в соответствии с использованием GFAP::Cre, для ограничения вирусной экспрессии в астроцитах, мы нашли, что почти все инфицированные NeuroD1 + Dlx2 клетки, в самом деле были GFAP+ астроцитами в более ранние промежутки времени (до 7 dpi). Эти инфицированные вирусом астроциты постепенно теряли сигнал GFAP, по мере приобретения сигнала NeuN, демонстрируя четкую зависимость от времени перехода от популяции астроцитов к популяции нейронов. Если это не из-за AtN конверсии, то невозможно объяснить такой постепенный переход от астроцитов к нейронам. Во-вторых, наши эксперименты с аксональными проекциями также показали зависимое от времени ретроградное мечение вновь конвертированных нейронов, в соответствии с их постепенным созреванием и аксональными проекциями от вновь сгенерированных нейронов вместо предсуществующих нейронов. Контрольная AAV mCherry группа не обнаружила таких зависимых от времени аксональных проекций, это согласуется с тем фактом, что нет новых конвертированных нейронов в контрольной группе. Итак, эти результаты подтверждают, что не существует альтернативного объяснения постепенному переходу от астроцитов к нейронам кроме как AtN конверсии.

Предыдущие исследования показали, что трансплантированные внешние клетки могут генерировать новые нейроны у животных, моделирующих HD⁴³. Напр., трансплантации происходящих из hESC DARPP32+ GABAergic нейронов или человеческих NSCs могут улучшать моторные функции^10,44. Помимо стволовых клеток фибробласты человека также могут превращаться GABAergic нейроны полосатого тела, используя microRNAs (miR-9/9* и miR-124) в комбинации с транскрипционными факторами (Ctip2, Dlx1, Dlx2 и Myt1L) перед тем как их трансплантировали в головной мозг мыши³⁰. C др. стороны, трансплантации клеток сталкиваются со значительными проблемами, такими как долговременная жизнеспособность в полностью отличающейся среде от той, что была до трансплантации⁴⁵. Помимо генерации новых нейронов, когда правильные нейроны генерируются в правильном месте и затем проецируются к правильным мишеням, чтобы сформировать правильные связи (circuits) , они являются даже более критическими для репарации головного мозга. В сравнении с трансплантациями внешних клеток, конвертированные из астроцитов нейроны оказываются в правильном месте с самого начала. Следовательно, in situ превращенные из астроцитов в нейроны могут интегрироваться в локальную среду значительно легче, чем извне трансплантированные клетки. Теперь также возможно генерировать разные субтипы нейронов с правильной комбинацией транскрипционных факторов^46-48. Мы продемонстрировали в данном исследовании, что комбинация NeuroD1 и Dlx2 вместе может генерировать DARPP32+ нейроны в полосатом в теле. Важность Dlx2 в генерации GABAergic нейронов подчеркивалась и ранее^33,34,36, напр., прямое превращение фибробластов человека в нейроны полосатого тела с использованием microRNAs плюс транскрипционные факторы Dlx1 и Dlx2³⁰. Более того, поскольку астроциты широко распространены по всей ЦНС и обнаруживают прирожденную способность к пролиферации, наши in vivo технологии клеточного превращения могут открыть более экономичный способ регенерации большого количества новых нейронов для лечения нейродегенеративных болезней, таких как HD.

Подобно любой новой технологии, имеются безусловно ограничения, которые будут мешать превращению глиальных клеток. Когда повреждения или дегенерация столь тяжелы, что образуются пустоты, или когда глиальные клетки сами по себе сильно повреждены, то д. возникать дефицит глиального источника для осуществления превращений. При таких тяжелых повреждениях может быть необходима трансплантация внешних клеток, чтобы заполнить пустоты, сначала для репарации ткани⁴⁹. Др. ограничение для лечения болезни, вызываемые генные мутации, такие как мутации Htt у R6/2 мышей, моделирующих HD. Превращение астроцитов в нейроны не является непосредственной проблемой, связанной с генными мутациями. Конвертируемые нейроны рано или поздно могут вызывать включения mHtt и дегенерацию снова. Одним из возможных решений является комбинирование подхода по преобразованию клеток с технологией редактирования генов с помощью CRISPR, чтобы корректировать генные мутации¹⁵, чтобы конвертированные нейроны смогли выживать.