Исследования клеток обонятельного эпителия в психиатрии

    В целях выявления биологических основ нейропсихиатрических расстройств , в настоящее время используются несколько типов биологических образцов человека, включая посмертный мозг, спинномозговую жидкость, кровь, фибробласты и генно-инженерные клетки, такие как  индуцированные плюрипотентные стволовые (iPS) клетки и индуцированные нейрональные (iN) клетки.

   Модели клеток / тканей, полученные из обонятельного эпителия (OE), можно рассматривать в качестве многообещающей суррогатной системы для изучения молекулярных механизмов, связанных с нейропсихиатрическими расстройствами. В частности ,  такая ткань полезна при анализе изменений в процессе развития нервной системы, реакции на стресс и регуляции экспрессии генов / белков.

   Обонятельный эпителий  сохраняет свою способность к нейрогенезу и регенерации на протяжении всей жизни благодаря наличию нервных стволовых клеток и их предшественников.  Таким образом, как зрелые нейроны, так и предшественники нейронов могут быть получены из обонятельного эпителия без необходимости генетического перепрограммирования. Кроме того, обонятельный эпителий является высоко масштабируемым ресурсом в трансляционных настройках. Напомним читателю Блога , что обонятельные дисфункции могут представлять собой спектр симптомов, связанных с шизофренией , и было предложено считать их  эндофенотипом или преморбидным маркером этого психического расстройства. Поскольку несколько областей мозга (например, вентромедиальная височная кора и префронтальная кора) опосредуют процесс обоняния, можно предположить, что функциональные дефициты могут быть приписаны, по крайней мере частично, центральным нарушениям в этих регионах. Можно также предположить , что  обонятельные клетки пациентов также имеют определенные молекулярные и клеточные дефициты при шизофрении, а периферийная обонятельная система может также способствовать этим дисфункциям. 

   Обонятельный эпителий и лежащая в его основе собственная пластинчатая оболочка состоят из обонятельной слизистой оболочки, обычно расположенной дорсально и сзади в носовой полости у млекопитающих. Обонятельный эпителий представляет собой псевдостратифицированный эпителий, который содержит несколько типов клеток, включая нейроны обонятельных рецепторов (ORNs), базальные клетки и сустентакулярные (поддерживающие) клетки . ОRNs - это сенсорные нейроны, которые проецируют свои аксоны на обонятельную луковицу через обонятельный нерв. Зрелые и незрелые (переходные) ORN расположены в промежуточном слое обонятельного эпителия, и , причем , эти клетки непрерывно замещаются нейрогенезом в течение всей взрослой жизни человека. Интересно, что этот процесс регулируется теми же факторами роста, которые контролируют нейрогенез в центральной нервной системе, такими как эпидермальный фактор роста (EGF) и фактор роста фибробластов (FGF2) .

     Базальный слой, прилегающий к базальной мембране, содержит базальные клетки. Обонятельный эпителий сохраняет способность к нейрогенезу и регенерации на протяжении всей жизни благодаря присутствию этих нейрокомпетентных стволовых и прогениторных клеток. 

      Нейронные стволовые клетки / клетки-предшественники переднего мозга обычно растут in vitro в виде сфер и используются в качестве суррогатного типа клеток для изучения нервных стволовых клеток / клеток-предшественников.  Аналогичным образом, были созданы методы культивирования обонятельного эпителия человека для создания популяций митотически активных нейральных предшественников, которые формируют нейросферы. Полученные обонятельные нейросферы и их производные клетки являются мультипотентными и способны к самообновлению и могут дифференцироваться в нейроны и глию.

      Биопсии обонятельной слизистой оболочки, включая обонятельный эпителий  и собственную пластинку слизистой оболочки, диссоциируют и выращивают в течение 3 дней в модифицированной Дульбекко среде Игла (DMEM) / F12, дополненной 10% фетальной бычьей сывороткой (FBS). Затем первичные культуры переносят в колбы, покрытые поли-L-лизином, и инкубируют в DMEM / F12, содержащей EGF (50 нг / мл) и FGF2 (25 нг / мл).  Как только кластеры клеток прикрепляются к чашке для культивирования, некоторые клетки всплывают с поверхности, образуя нейросферы. чашке для культивирования, некоторые клетки всплывают с поверхности, образуя нейросферы.Свободно плавающие нейросферы затем собирают, диссоциируют и размножают в DMEM / F12 с помощью 10% FBS (клеток, происходящих из нейросферы).

     Культуры обонятельной нейросферы человека экспрессируют клеточные маркеры, включая CD105 (маркер мезенхимальных стволовых клеток), CD73 (маркер мезенхимальных стволовых клеток), органический переносчик катионов / карнитина 4 (OCT4) (маркер эмбриональных стволовых клеток), нестин ( Nestin)  (маркер нервных стволовых клеток) и β -тубулин III (маркер незрелого нейрона). Важно отметить, что их профили экспрессии генов стабильны между пассажами с 7 по 25 и более 100 дней in vitro.  Обратите внимание, что обонятельная собственная пластинка расслаивается на обонятельной слизистой оболочке, также образует сферы и приводит к образованию костных клеток и нейронов. Действительно, обонятельные стволовые клетки собственной пластинки имеют общие мембранные маркеры со стволовыми клетками костного мозга и называются обонятельными эктомезенхимальными стволовыми клетками. Обонятельные сферы человека экспрессируют маркеры клеток-предшественников олигодендроцитов.

Шизофрения

    Исследование с использованием обонятельных клеток, очищенных методом пересаживания, показало увеличение экспрессии miR-382 при шизофрении  по сравнению с контрольными клетками. Кроме того, эти клетки показали измененные уровни метилирования гистонов в нескольких группах генов, вовлеченных в клеточную защиту от окислительного стресса, что указывает на потенциальную роль окислительного стресса в патогенезе шизофрении.  Культивируемые клетки, полученные  с помощью мазка из носовой полости , показали измененную микротрубочковую организацию, а также снижение функции Ca 2+ каналов  ²⁺  L-типа у больных шизофренией по сравнению с контрольной группой.  Культура эксплантата ольфакторного эпителия  (недиссоциированная) от пациентов с шизофренией  показала повышенную стабильность микротрубочек и больший процент клеток с интактными микротрубочками, а также более высокое соотношение митотических клеток к умирающим и молчащим клеткам.  Кроме того, эта культура эксплантата ольфакторного эпителия  показала дифференциальную экспрессию в генах, вовлеченных в неселективный везикулярный транспорт, рекомбинацию ДНК, сплайсинг РНК и пролиферацию клеток . 

       Обонятельная ткань дает представление ооб особенностях развития нервной системы. Например, при использовании нейронных слоев от биопсии ольфакторного эпителия, обогащенной LCM, было обнаружено, что путь SMAD подавляется и потенциально связан с когнитивным дефицитом при шизофрении. Также наблюдалось значительное снижение плотности p75-NGFR-позитивных базальных клеток в носовых биопсиях обнятельного эпителия больных шизофренией , что свидетельствует о нарушении регуляции в развитии ORN.

      Далее было высказано предположение, что недостаток трофической поддержки аксональных мишеней в обонятельной луковице или дефицит внутренних факторов, контролирующих дифференцировку, могут способствовать прогредиентности шизофрении. Наконец, аномалии в экспрессии протеогликанов хондроитинсульфата, приводящие к нарушению разрастания аксонов и направленности ORN, также были зарегистрированы в посмертной ткани ольфакторного эпителия больных шизофренией.

Психические расстройства детского возраста

     На молекулярном уровне было обнаружено, что молекула кофактора сульфуразы (MOCOS), участвующая в пуриновом метаболизме, подавляется в назальных обонятельных стволовых клетках, выделенных из назальных биопсий взрослых с аутизмом. При синдроме Ретта, который обусловлен мутацией в гене метил-CpG-связывающего белка 2 ( MECP2 ), биопсия ОRN, содержащих эпителий носа, выявила несколько аномалий по сравнению с контрольной группой, включая дисморфные нейроны, а также повышенное соотношение незрелых к зрелым нейроны. Наконец, непрерывные клеточные линии обонятельных нейробластов были использованы для изучения мутации хрупкой Х умственной отсталости 1 (FMR1) у пациентов с синдромом хрупкой Х хромосомы.

Биполярное аффективное расстройство

     Некоторые аномалии in vitro наблюдались в нервных клетках, полученных из ольфакторного эпителия , у пациентов с биполярным расстройством (BD), такие как изменения во внутриклеточной передаче сигналов кальция в ORN ( такань из биопсии ), и более высокое отношение процесса гибелди клеток  к живым клеткам в обонятельных нейроэпителиальных культурах по сравнению с контролем. Более того, в последнем исследовании профилирование экспрессии генов в обонятельных нейроэпителиальных культурах выявило, что 210 генов были дифференциально экспрессированы у пациентов с биполярным расстройством, со сниженной экспрессией пяти генов, участвующих в передаче сигналов фосфатидилинозитола или связанных с ним сигналов. Наконец, платформа с использованием биопсии носа в сочетании с LCM показала влияние обработки литием на экспрессию гена гликогенсинтазкиназы-3 бета.