Advanced

Simulating Direct Conversion of Adult Fibroblasts to Neurons

Eriksson, Joakim LU (2017) FYTM03 20162
Department of Astronomy and Theoretical Physics
Abstract
Regenerative medicine offers a great prospect for curing diseases. Scientists are using direct conversion to reprogram fibroblasts, a kind of skin cell, into neurons in an attempt to cure Parkinson's disease. Even though successful conversion has been done with embryonic cells, a more practical method for future treatment would be to reprogram cells directly from the adult individual. It has however been proven much harder to obtain neurons from adult cells than from embryonic ones.


In this study we present a model to improve the understanding of the conversion process. Different external perturbations to the cell are modeled in silico and compared with experimental observations in vitro. The stochastic nature of the processes inside... (More)
Regenerative medicine offers a great prospect for curing diseases. Scientists are using direct conversion to reprogram fibroblasts, a kind of skin cell, into neurons in an attempt to cure Parkinson's disease. Even though successful conversion has been done with embryonic cells, a more practical method for future treatment would be to reprogram cells directly from the adult individual. It has however been proven much harder to obtain neurons from adult cells than from embryonic ones.


In this study we present a model to improve the understanding of the conversion process. Different external perturbations to the cell are modeled in silico and compared with experimental observations in vitro. The stochastic nature of the processes inside the cell is taken into account to explain why only a fraction of cells get converted from fibroblasts to neurons, even though treated with the same external factors. This study helps improve the understanding of the conversion process and brings us closer to future experiments, where dopamine producing neurons missing in Parkinson patients are the aim of the conversion. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Stamcellsforskning har på senare tid lett till förhoppningar om att bota alla möjliga sorters sjukdomar. De stamceller som är mest flexibla och därför mest användbara finns i embryo. Att få tag på mänskliga embryon kan dock både vara dyrt och moraliskt problematiskt. Därför har forskare försökt att istället omprogrammera celler från vuxna individer. En sådan teknik som nyligen tagit fart är direkt omvandling. Direkt omvandling tar en cell och omvandlar den direkt till den cell man vill åt, utan att gå via ett stadie som liknar det som finns hos stamceller från embryo. Genom att gå direkt, utan några mellansteg, undviks problem med tumörer som kan förekomma med andra ledande metoder.

Lyckade direkta omvandlingar från hudcell till neuron... (More)
Stamcellsforskning har på senare tid lett till förhoppningar om att bota alla möjliga sorters sjukdomar. De stamceller som är mest flexibla och därför mest användbara finns i embryo. Att få tag på mänskliga embryon kan dock både vara dyrt och moraliskt problematiskt. Därför har forskare försökt att istället omprogrammera celler från vuxna individer. En sådan teknik som nyligen tagit fart är direkt omvandling. Direkt omvandling tar en cell och omvandlar den direkt till den cell man vill åt, utan att gå via ett stadie som liknar det som finns hos stamceller från embryo. Genom att gå direkt, utan några mellansteg, undviks problem med tumörer som kan förekomma med andra ledande metoder.

Lyckade direkta omvandlingar från hudcell till neuron har gjorts, men genregleringen bakom omvandlingen är dåligt förstådd. I denna studie identifieras gener och micro RNA viktiga i genregleringen när hudceller ska omvandlas till neuroner. När dessa komponenter identifierats kopplas de samman i ett komplicerat nätverk på ett sätt som motsvarar interaktioner på molekylskala i cellen.
Nätverket studeras sedan med hjälp av datorsimuleringar för att se hur olika behandlingar påverkar hudcellen. Datorsimuleringarna anpassas för att stämma överrens med experimentell data. Genom att se vilka ändringar som krävs i modellen för att efterlikna de experimentella resultaten, ökar förståelsen för hur omvandlingsprocessen går till.

I slutändan hoppas man på att utöka modellen till att beskriva hur hudceller kan omvandlas till neuroner som tillverkar dopamin. Denna typ av neuroner råder det brist på i patienter som lider av Parkinsons sjukdom. Om direkt omvandling av hudcell från patienten till denna typ av neuroner blir möjlig skulle Parkinsons sjukdom kunna botas inom en snar framtid. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Eriksson, Joakim LU
supervisor
organization
course
FYTM03 20162
year
type
H1 - Master's Degree (One Year)
subject
keywords
Computational, Biology, Direct, Conversion
language
English
id
8901569
date added to LUP
2017-02-14 09:01:55
date last changed
2017-02-14 09:01:55
@misc{8901569,
  abstract     = {Regenerative medicine offers a great prospect for curing diseases. Scientists are using direct conversion to reprogram fibroblasts, a kind of skin cell, into neurons in an attempt to cure Parkinson's disease. Even though successful conversion has been done with embryonic cells, a more practical method for future treatment would be to reprogram cells directly from the adult individual. It has however been proven much harder to obtain neurons from adult cells than from embryonic ones.


In this study we present a model to improve the understanding of the conversion process. Different external perturbations to the cell are modeled in silico and compared with experimental observations in vitro. The stochastic nature of the processes inside the cell is taken into account to explain why only a fraction of cells get converted from fibroblasts to neurons, even though treated with the same external factors. This study helps improve the understanding of the conversion process and brings us closer to future experiments, where dopamine producing neurons missing in Parkinson patients are the aim of the conversion.},
  author       = {Eriksson, Joakim},
  keyword      = {Computational,Biology,Direct,Conversion},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  title        = {Simulating Direct Conversion of Adult Fibroblasts to Neurons},
  year         = {2017},
}