ヒト多能性幹細胞からの脳特異的ペリサイトのエンジニアリング

Engineering Brain-Specific Pericytes from Human Pluripotent Stem Cells.

• Richard Jeske
• Jonathan Albo
• Mark Marzano
• Julie Bejoy
• Yan Li

抄録

ぺリサイトは血管周囲細胞の一種で、小さな血管の内皮細胞を取り囲んでいます。脳内では、血管内での位置に応じて、ペリサイトは不均一性を示します。その結果、周囲の内皮細胞、アストロサイト、およびニューロン細胞とのペリサイトの相互作用は、血液脳関門（BBB）透過性の調節、脳血流の調節、および有毒細胞分子のクリアランスを促進するのに役立つなど、広範な神経血管機能において重要な役割を果たしている。したがって、ヒト多能性幹細胞（hiPSCs）から脳特異的なペリサイトを工学的に作製する信頼性の高い方法は、神経変性疾患のモデル化において非常に重要である。本レビューでは、中胚葉および神経堤誘導によるhiPSCsの脳特異的ペリサイト分化についてまとめている。また、pericyte機能、pericyteと隣接細胞との相互作用、およびhiPSCsからのpericyte分化を制御する主要なシグナル伝達経路（PDGF-B、TGF-β、Notchシグナル伝達）についても論じている。具体的には、PDGF-BB-PDGFRβシグナル伝達は周皮細胞の生存を促進し、TGF-βシグナル伝達は周皮細胞の内皮細胞への付着を促進し、Notchシグナル伝達は血管発達と動脈-静脈仕様に重要である。さらに、hiPSC由来のペリサイトの使用が直面している現在の課題について議論し、神経変性疾患のモデル化における現在進行中の使用法を明らかにした。様々な神経変性疾患における脳ペリサイトの役割を明らかにするためには、ペリサイトとその周辺細胞の相互作用についてのさらなる研究が必要である。

Pericytes are a type of perivascular cells that surround endothelial cells of small blood vessels. In the brain, pericytes show heterogeneity depending on their position within the vasculature. As a result, pericyte interactions with surrounding endothelial cells, astrocytes, and neuron cells play a key role in a wide array of neurovascular functions such as regulating blood-brain barrier (BBB) permeability, cerebral blood flow, and helping to facilitate the clearance of toxic cellular molecules. Therefore, a reliable method of engineering brain-specific pericytes from human pluripotent stem cells (hiPSCs) is critical in neurodegenerative disease modeling. This review summarizes brain-specific pericyte differentiation of hiPSCs through mesoderm and neural crest induction. Key signaling pathways (PDGF-B, TGF-β, and Notch signaling) regulating pericyte function, pericyte interactions with adjacent cells, and pericyte differentiation from hiPSCs are also discussed. Specifically, PDGF-BB-PDGFRβ signaling promotes pericyte cell survival, TGF-β signal transduction facilitates pericyte attachment to endothelial cells, and Notch signaling is critical in vascular development and arterial-venous specification. Furthermore, current challenges facing the use of hiPSC-derived pericytes are discussed and their ongoing uses in neurodegenerative disease modeling are identified. Further investigations into pericytes and surrounding cell interactions are needed in order to characterize the roles of brain pericytes in various neurodegenerative disorders.