mRNA-Directed Differentiation of hPSC to A10 Dopaminergic Neurons

hPSC mRNA 定向分化为 A10 多巴胺能神经元

• 批准号: 9199485
• 负责人: JONATHAN M. AUERBACH
• 金额: $ 22.5万
• 依托单位: MOLECULAR TRANSFER, INC.
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2016-08-01 至 2017-07-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/9199485
• 关键词: Addictive Behavior; Adult; Affect; Biological Assay; Brain; Cell Line; Cells; Characteristics; Chemicals; Complex; Crime; Cues; Derivation procedure; Development; Disease; Dose; Drug Addiction; Drug Evaluation; Drug abuse; Education; Employment; Epigenetic Process; Family; Formulation; Future; Gene Expression; Genetic Variation; Goals; Growth; Health; Human; In Vitro; Individual; Lipids; Mediating; Messenger RNA; Modeling; Molecular; Neurons; Parkinson Disease; Patients; Peptides; Pharmaceutical Preparations; Phase; Physiological; Pluripotent Stem Cells; Population; Preclinical Drug Evaluation; Process; Protocols documentation; Reagent; Research; Risk Factors; Safety; Somatic Cell; Stem cells; System; Technology; Transfection; Undifferentiated; Work; addiction; base; cell type; cost; cytokine; cytotoxicity; dopaminergic neuron; drug of abuse; genetic variant; human embryonic stem cell; induced pluripotent stem cell; insight; novel; prevent; relating to nervous system; screening; small molecule; time use; tool; transcription factor

SUMMARY/ABSTRACT  Drug addiction is a complex disease. There are a variety of potential neural systems and circuits  involved, some of which are physiologically or epigenetically altered through addiction. Drug abuse and  addiction weigh heavily on the U.S. through health and crime‐related costs, as well as broader societal  issues related to safety, family, education and employment. In order to fully understand the  physiological changes in the addicted brain on a cellular level we must have the proper tools for study.  The first step toward creating these tools is the establishment of an in vitro system of human  dopaminergic neurons. Such a system would not only enable cellular, molecular, and physiological  studies into the mechanisms of addiction but also open the door to the screening and development of  small molecules and drugs that can potentially block the onset of changes associated with addiction or  even reverse these changes.   Human pluripotent stem cells (hPSC) can be differentiated into populations of neurons enriched  for dopaminergic neurons. However, current protocols yield low percentages of dopaminergic neurons  and are not robust and reproducible. Additionally, most of the stem cell‐to‐dopaminergic neuron  research is focused on Parkinson's Disease and very little effort has been dedicated to deriving the  specific type of dopaminergic neurons implicated in addiction.   Transfection of synthetic mRNA into cells is technology to fine‐tune gene expression. This  technology has been used to reprogram adult somatic cells to pluripotent stem cells and to  transdifferentiate adult somatic cells to neurons and other cell types. We propose to develop novel  reagents and protocols for mRNA‐mediated directed differentiation of hPSC to dopaminergic neurons  relevant for addiction research. This project will yield novel, cell‐specific, high efficiency mRNA  transfection reagents and protocols. It will result in a detailed work flow for the directed differentiation  of A10 dopaminergic neurons from undifferentiated human iPSC. And finally, it will produce a platform  system for the study of mechanisms of drug abuse at the cellular and molecular level, while allowing  screening assays to be performed on this system. A realistic future application of this platform (Phase II)  is the creation of iPSC from cells taken from addicted individuals carrying identified genetic variants,  identified to be risk factors for addictive behavior. These patient‐specific iPSC can then be differentiated  to A10 DA neurons and studied for possible insights into how these genetic variations affect the  development of addictive behavior, among other things.

总结/摘要 药物成瘾是一种复杂的疾病。有多种潜在的神经系统和回路 药物滥用和药物滥用的影响，其中一些是通过成瘾生理或表观遗传改变。 成瘾通过健康和犯罪相关成本以及更广泛的社会成本对美国造成沉重负担。 有关安全、家庭、教育和就业的问题。为了充分了解 成瘾大脑在细胞水平上的生理变化，我们必须有适当的研究工具。 创造这些工具的第一步是建立一个体外系统， 多巴胺能神经元。这样的系统不仅可以使细胞，分子和生理 对成瘾机制的研究也为筛选和开发 小分子和药物，可以潜在地阻止与成瘾相关的变化的发生， 甚至逆转这些变化。 人多能干细胞（hPSC）可以分化成富集神经元的群体， 然而，目前的方案产生的多巴胺能神经元的百分比低， 并且不稳定和可重复。此外，大多数干细胞-多巴胺能神经元 研究主要集中在帕金森病，很少有人致力于推导出 特定类型的多巴胺能神经元参与成瘾。 将合成mRNA转染到细胞中是微调基因表达的技术。 技术已经被用于将成体体细胞重编程为多能干细胞， 将成体体细胞转分化为神经元和其他细胞类型。我们建议开发新的 mRNA介导的hPSC向多巴胺能神经元的定向分化的试剂和方案 该项目将产生新的，细胞特异性的，高效的mRNA 转染试剂和方案。这将导致一个详细的工作流程，为定向分化 的A10多巴胺能神经元。最后，它将产生一个平台， 在细胞和分子水平上研究药物滥用机制的系统， 筛选分析，以执行该系统。一个现实的未来应用该平台（第二阶段） 是从携带已鉴定的遗传变异的成瘾个体中提取细胞， 这些患者特异性的iPSC可以被区分为 到A10 DA神经元，并研究了这些遗传变异如何影响神经元的可能性。 成瘾行为的发展等等。