Modelling conversion of adult skin cells to neurons
(2018) FYTM03 20181Department of Astronomy and Theoretical Physics - Undergoing reorganization
Computational Biology and Biological Physics - Undergoing reorganization
- Abstract
- Scientists are now able to directly convert one somatic cell type into another using a procedure known as direct lineage reprogramming or transdifferentiation. In this procedure, transcription factors which are important for initiating a rewriting of the gene expressions are introduced in the cell. One specific type of reprogramming involves generating dopamine producing neurons from human adult fibroblast skin cells. The transdifferentiation procedure in human cells has proven challenging. So far, conversion schemes are not able to generate satisfactory levels of mature neurons. However, experimental efforts are made to overcome this. Succeeding in generating a high yield conversion scheme would open up new pathways for medical treatments... (More)
- Scientists are now able to directly convert one somatic cell type into another using a procedure known as direct lineage reprogramming or transdifferentiation. In this procedure, transcription factors which are important for initiating a rewriting of the gene expressions are introduced in the cell. One specific type of reprogramming involves generating dopamine producing neurons from human adult fibroblast skin cells. The transdifferentiation procedure in human cells has proven challenging. So far, conversion schemes are not able to generate satisfactory levels of mature neurons. However, experimental efforts are made to overcome this. Succeeding in generating a high yield conversion scheme would open up new pathways for medical treatments and disease modeling of diseases such as Parkinson's disease.
In this thesis, we study a model built in silico for a gene circuit proven to be important in the transdifferentiation from human adult fibroblast cells to neurons. Using experimental time series of gene expression obtained from a recently found high-yield neural conversion scheme, the model is capable to capture the experimental data dynamics. The system exhibits at least two attractors: one representing a neuronal state, and the other a non-neuronal state. A stochastic simulation was conducted for identifying strategies leading to high-yield neural conversion. The aim of the model presented here is to improve our understanding of the underlying dynamics, which may lead to a high yield neural conversion scheme applicable in vitro and in vivo. (Less) - Popular Abstract (Swedish)
- Gener fungerar som instruktioner för vad cellen skall producera. Det är aktiveringen och hämningen av gener som ger upphov till många olika typer av celler i människans kropp som till exempel hudceller, blodceller och nervceller. Dessa celler samarbetar med varandra för att tillsammans skapa den flercelliga organismen: människan. Det finns två huvudkategorier av celler i kroppen, somatiska celler samt könsceller. Nervceller och hudceller tillhör alltså gruppen somatiska celler.
Skadade somatiska celler kan leda till sjukdomar som till exempel Parkinsons sjukdom. Denna sjukdom förknippas med en nedsatt produktion av signalsubstansen dopamin. Dopamin produceras av nervceller i hjärnan och är viktig för till exempel motoriken i kroppen.... (More) - Gener fungerar som instruktioner för vad cellen skall producera. Det är aktiveringen och hämningen av gener som ger upphov till många olika typer av celler i människans kropp som till exempel hudceller, blodceller och nervceller. Dessa celler samarbetar med varandra för att tillsammans skapa den flercelliga organismen: människan. Det finns två huvudkategorier av celler i kroppen, somatiska celler samt könsceller. Nervceller och hudceller tillhör alltså gruppen somatiska celler.
Skadade somatiska celler kan leda till sjukdomar som till exempel Parkinsons sjukdom. Denna sjukdom förknippas med en nedsatt produktion av signalsubstansen dopamin. Dopamin produceras av nervceller i hjärnan och är viktig för till exempel motoriken i kroppen. Ett alternativ är att byta ut de skadade nervcellerna mot friska celler, men detta medför etiska dilemman då vävnaden som transplanteras tas från aborterade foster.
Under senare år har forskning lett till att en ny typ av teknik utvecklats som involverar omprogrammering av patientens egna celler. Genom att injicera olika ämnen i cellen är det möjligt att ändra vilka gener som aktiveras och hämmas. På så vis är det möjligt att ändra celltypen för somatiska celler. Till en början skedde omprogrammeringen via ett stamcellsstadium, men denna teknik har visat sig ha en förhöjd risk av tumörbildning. Istället används direktomvandling, en omprogrammeringsstrategi där en somatisk celltyp direkt övergår till en annan utan det mellanliggande stadiet. Med denna metod är det möjligt att till exempel generera nervceller direkt från hudceller. Än så länge är andelen celler som omvandlas relativt låg hos vuxna individer. Detta är en svårighet som behöver lösas för att metoden skall bli användbar i praktiken.
Vi har gjort en närmare studie av genregleringen i direktomvandling från hudceller till nervceller hos vuxna människor. Samspelet mellan generna skapar ett avancerat nätverk som beskriver omvandlingen på en molekylär nivå. Genom att kombinera etablerade interaktioner med ett antal hypotetiska interaktioner har vi lyckats hitta ett nätverk som beskriver experimentell data i datorsimuleringar. Studier av detta nätverk kan ge en inblick i de underliggande processerna som styr direktomvandling mellan hud- och nervceller. En vidareutveckling av modellen så att dopaminproducerande nervceller inkluderas skulle kunna leda till en utökad förståelse av direktomvandling från hud- till nervcell. Detta kan i slutändan ge effektivare omvandlingsstrategier vilket har stor potential för medicinska metoder i kampen mot till exempel Parkinsons sjukdom. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/8940614
- author
- Drugge, Viktor LU
- supervisor
- organization
- course
- FYTM03 20181
- year
- 2018
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- keywords
- Human adult fibroblast, Neuron, Neural conversion, Transdifferentiation, Direct reprogramming, Direct lineage conversion, Simulation, Regulatory gene network, Gene network topology, Gene circuit, Gene dynamics
- language
- English
- id
- 8940614
- date added to LUP
- 2018-05-28 16:47:46
- date last changed
- 2018-05-28 16:47:46
@misc{8940614,
abstract = {{Scientists are now able to directly convert one somatic cell type into another using a procedure known as direct lineage reprogramming or transdifferentiation. In this procedure, transcription factors which are important for initiating a rewriting of the gene expressions are introduced in the cell. One specific type of reprogramming involves generating dopamine producing neurons from human adult fibroblast skin cells. The transdifferentiation procedure in human cells has proven challenging. So far, conversion schemes are not able to generate satisfactory levels of mature neurons. However, experimental efforts are made to overcome this. Succeeding in generating a high yield conversion scheme would open up new pathways for medical treatments and disease modeling of diseases such as Parkinson's disease.
In this thesis, we study a model built in silico for a gene circuit proven to be important in the transdifferentiation from human adult fibroblast cells to neurons. Using experimental time series of gene expression obtained from a recently found high-yield neural conversion scheme, the model is capable to capture the experimental data dynamics. The system exhibits at least two attractors: one representing a neuronal state, and the other a non-neuronal state. A stochastic simulation was conducted for identifying strategies leading to high-yield neural conversion. The aim of the model presented here is to improve our understanding of the underlying dynamics, which may lead to a high yield neural conversion scheme applicable in vitro and in vivo.}},
author = {{Drugge, Viktor}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Modelling conversion of adult skin cells to neurons}},
year = {{2018}},
}