Sejtbeültetés a központi idegszövetbe: a bevitt sejtek differenciációs állapota és a befogadó szövet harmonizációja = Implantation into the central nervous system: harmonisation of the implanted cells and the host tissue

A posztdoktori pályázat keretében végzett munkám során kerestem azokat a tényezőket, amelyek elősegíthetik a beültetett idegi őssejtek túlélését a kifejlett agyszövetbe. Az elért eredmények: 1. Kifejlett egerek agykérgében és hippocampus-ában, in vitro elődifferenciáltatás után, beültetett NE-4C idegi őssejtekből, csak asztroglia-sejtek fejlődtek jelentős számban. 2. Vizsgálataink azt mutatták, hogy az NE-4C sejtek in vitro idegi differenciációja során a fejlődő központi idegrendszer különböző régióira jellemző transzkripciós faktorok széles skálája aktiválódik. Az elkötelezetlen NE-4C őssejtek, tehát széles fejlődési potenciállal rendelkeznek. Az érett NE-4C idegsejtek között a központi idegrendszer fő transzmitter fenotípusát képviselő GABA-erg és glutamaterg neuronok egyaránt előfordulnak. 3. In vitro vizsgálataink azt mutatják, hogy a retinsav, amelyről ismert, hogy számos in vitro rendszerben az idegsejt irányú differenciációt növeli, az asztrocita-fejlődés késői szakaszában gátolja az asztroglia sejtek kialakulását. A kifejlett központi idegrendszer olyan szöveti környezettel rendelkezik, amelyből hiányoznak az idegi őssejtek, idegi progenitorok és idegsejt-előalakok nagy számú differenciációját, túlélését és integrációját elősegítő tényezők. Ugyanez a környezet az asztrogliasejtek differenciációját / túlélését megengedi. A fentiek szerint, hogy az idegsejtek integrációját differenciációját elősegítsük a befogadó szövetet kell megfelelő módon változtatni. | During the three-year postdoc period, my research was focused on the clarification of some conditions promoting the survival and neural tissue-type differentiation of implanted neural stem cells inside the mature CNS. Results: After a short-term pre-differentiation in vitro, NE-4C neural stem cells can develop into astrocytes inside the mature CNS, while do not differentiate to neurons. In the course of the in vitro neural differentiation of NE-4C cells, a wide spectrum of regionally restricted transcription factors, those expressed in non-overlapping areas of the CNS, get activated. Therefore, the NE-4C neural stem cells have a developmental potential to develop multiple, positionally determined neural cell types. Accordingly, NE-4C neurons can acquire GABAergic and glutamatergic phenotypes, as well. The data indicate that the neurotransmitter phenotype of neurons is determined by environmental factors. According to our in vitro data, retinoic acid, a known inducer of neuronal differentiation, impairs the formation of the astroglial phenotype. The glia formation is inhibited by retionic acid in some late phases of gliogenesis. The environment of the mature brain tissue does not provide factors promoting the survival and tissue integration of non-differentiated neuronal progenitors or precursors, but allows the development of astrocytes. In order to elaborate methods for the replacement of decayed neurons, the host-environment has to be characterized and modified

Pozícionális gének aktivitásának szerepe az idegsejt-fenotípus meghatározásában = Role of positional genes in the determination of the neuronal phenotype

A jellegzetes mintázatban aktiválódó pozícionális gének agyfejlődésben játszott szerepét vizsgálva az alábbi eredményeket nyertük: 1. A korai NE-4C embrionális idegi őssejtek indukálatlan állapotban regionálisan nem elkötelezettek; a neuron-képzés időszakában a regionális gének széles skálája aktiválódik; a sejtekből GABAerg, glutamaterg és szerotonin termelő neuronok is fejlődnek. 2. Az NE-4C sejtvonal transzfekciójával 11 idegi őssejtklónt alapítottunk; ezek a fejlődés minden szakaszában expresszálták az emx2 (antero-dorzális telencephalon) regionális gént; az NE-4Cemx2+ sejtek adhéziós sajátságai megváltoztak és katekolamin termelő neuronokat is képeztek. 3. Idegi őssejtvonalakat izoláltunk embrionális és kifejlett egéragyból új, szintetikus adhezív peptidkonjugátumok alkalmazásával; 4. A különböző agyi régiókból származó idegi őssejtvonalak és a belőlük in vitro fejlődő idegszöveti sejttípusok sok eredetre jellemző sajátságot megőriztek, de a hagyományos regionális gén-mintázat ezt az „emlékezetet” nem tükrözte; 5. Az egyes őssejt-klónok retinoid-érzékenysége és inherens retinsav metabolizmusa eltérő. Igazoltuk, hogy felnőtt agy neurogén régiói magas retinsav-tartalommal bírnak. 6. A kifejlett agyi parenchyma nem nyújt befogadó környeztet az őssejtek számára; a sérült előagyban az ős/progenitor sejtek szaporodnak, de nem differenciálódnak; túlnyomásos O2-kezelés hatására sporadikus idegsejt irányú fejlődés indítható. | Studies on developmental roles of „positional genes” in the formation of regional brain features led to the following results: 1. Early embryonic neural stem cells (NE-4C) are regionally not determined; in neuron-fromation phase, however, many regional genes got activated; GABAergic and glutamatergic neurons developed from the clon. 2. Inserting the Emx2 (antero-dorsal telencephalic) positional gene into NE-4C cells, 11 sub-clones were established, all expressing Emx2 throughout the entire differentiation period. The NE-4Cemx2+ cells displayed altered adhesive characteristics, and could generate catecholamine producing neurons. 3. By using novel synthetic adhesive peptide-conjugates, neural stem/progenitor clones had been established from different ages and regions of the mouse brain. 4. Neural stem/progenitor clones preserved several features characteristic to their origin, while the expression profile of traditional „regional genes” failed to reflect the regional „memory”. 5. The stem/progenitor clones displayed important differences in retinoid sentitivity and metabolism. In the neurogenic zones of the adult brain, enhanced retinoic acid contaent was demonstrated. 6. The adult brain parenhcyma is not permissive for the implanted stem/progenitor cells, regardless of their origin. In cortical lesion sites, the stem/progenitor cells proliferate, but do not differentiate. Hyperbaric O2-treatment was shown to allow sporadic neuronal differentiation

DJ-1 can form β-sheet structured aggregates that co-localize with pathological amyloid deposits.

The loss of native function of the DJ-1 protein has been linked to the development of Parkinson's (PD) and other neurodegenerative diseases. Here we show that DJ-1 aggregates into β-sheet structured soluble and fibrillar aggregates in vitro under physiological conditions and that this process is promoted by the oxidation of its catalytic Cys106 residue. This aggregation resulted in the loss of its native biochemical glyoxalase function and in addition oxidized DJ-1 aggregates were observed to localize within Lewy bodies, neurofibrillary tangles and amyloid plaques in human PD and Alzheimer's (AD) patients' post-mortem brain tissue. These findings suggest that the aggregation of DJ-1 may be a critical player in the development of the pathology of PD and AD and demonstrate that loss of DJ-1 function can happen through DJ-1 aggregation. This could then contribute to AD and PD disease onset and progression.G.T. thanks the Hungarian Brain Research Program (2017-1.2.1-NKP-2017-00002) for funding and the NIHR Cambridge Biomedical Research Centre and Unit in Dementia (UK) for salary support for Y. Z. R.A.B. and C.H.W.G. are supported by the NIHR Cambridge Biomedical Research Centre. R. A. B. is supported by the Wellcome Trust - Medical Research Council Cambridge Stem Cell Institute and is an NIHR Senior Investigator