Search

Myelin is an essential component of the nervous system and myelin damage causes demyelination diseases. Myelin is a sheet of oligodendrocyte membrane wrapped around the neuronal axon. In the fluorescent images, experts manually identify myelin by colocalization of oligodendrocyte and axonal membranes that fit certain shape and size criteria. Because myelin wriggles along x-y-z axes, machine learning is ideal for its segmentation. However, machinelearning methods, especially convolutional neural networks (CNNs), require a high number of annotated images, which necessitates expert labor. To facilitate myelin annotation, we developed a workflow and a software for myelin ground truth extraction from multi-spectral fluorescent images. Additionally, we shared a set of myelin ground truths annotated using this workflow.

Aksonların etrafına sarılmış¸ miyelin kılıf, hızlı bir şekilde sinyal iletimini sağlar ve deformasyonu, Multipl Skleroz (MS) gibi çeşitli nörodejeneratif hastalıklara neden olur. Aday ilaç geliştirilmesi için, miyelinizasyonun miktarının belirlenebiliyor olması gerekmektedir. Miyelin nicelleştirilmesi, genellikle konfokal mikroskoplar tarafından elde edilen mikroskopik floresan görüntülerinde bir uzman tarafından miyelin etiketleme temeline dayanan ve yoğun emek gerektiren bir iştir. Bu çalışmada, floresan mikroskopi görüntülerinde anlamsal bölütlemeye dayalı bir otomatik miyelin belirleme yöntemi geliştirilmiştir. Üç kanallı ve üç boyutlu olarak mikroskoptan alınan, fare kök hücresinden türetilmiş¸ nöron ve oligodendrosit ortak kültürlerinin görüntüleri bir uzman tarafından etiketlenmiştir. Alınan görüntüler e˘gitim için yamalara ayrılmıs¸ ve etiketlerden de her yamanın karşılığı elde edilmiştir. Miyelin içeren ve içermeyen bögeleri tanımlamak üzere eğitim işlemi için 11552 yamadan olus¸an bir veri kümesi kullanılmıştır. Veri kümesinde çeşitli öğrenme algoritmaları kullanılarak anlamsal bölütleme tekniğinin miyelin tespit performansları değerlendirilmiştir. En yüksek doğruluk değeri olan yüzde 97.32, grup boyutu 8 ve devir sayısı 250 iken “RMSprop” öğrenme algoritması ile elde edilmiştir. Sonuçlarımız, önerilen otomatik segmentasyon yaklaşımının miyelin tespiti için uygun olduğunu göstermektedir. Burada açıklanan miyelin segmentasyon yaklaşımı, remiyelinizasyon ilaç taramalarının bir parçası haline gelecek potansiyele sahiptir. Myelin sheath, wrapped around axons, allows rapid neural signal transmission, and degeneration of myelin causes various neurodegenerative diseases, such as, Multiple Sclerosis (MS). For candidate drug discovery, it is essential to quantify myelin. This requires tedious expert labor comprising myelin labelling on microscopic fluorescence images, usually acquired by confocal microscopes. In this study, semantic segmentation based automatic myelin segmentation on fluorescence microscopy images was introduced. Three-channel and three-dimensional fluorescence images of mouse stem cell derived neuron and oligodendrocyte co-cultures were labeled by an expert. The images were divided into patches for training and the labels corresponded to each patch were acquired. A data set of 11552 patches was used for training to identify myelin and non-myelin regions. In the data set, myelin detection performances of semantic segmentation technique were evaluated using 3 different learning algorithms. The highest accuracy value of 97.32 percent was achieved by using 'RMSprop' learning algorithm with a group size of 8 and after 250 epochs. Results suggested that the proposed myelin segmentation method was suitable for detecting myelin. Thus, the outlined myelin segmentation method has the potential to be incorporated into remyelination drug screens.

We asked young scientists this question: How has your awareness of science inspired you to adopt more sustainable and environmentally friendly behavior? Respondents from around the world described scientifi c concepts, images, and research from a range of fi elds that inspire them to make environmentally friendly decisions and model sustainable behavior for others, in both their personal and professional lives.

Myelin disorders burden millions of people around the world, yet existing therapies are inadequate to cure them. Current remedies commonly treat the symptoms with minimal to no effect on the actual cause of the disorder. The basis and/or the mechanism of demyelination is not known for many of the disorders either. In recent years, stem cells of variable origin have been used in clinical trials as transplant agents to restore the defective biochemical process or the damaged tissue. We summarize the outcomes of these trials for demyelination disorders. The capability of reprograming mature cells into stem cells equips researchers with a new tool to replicate disease phenotypes in cell culture dishes for basic research and therapeutic screens. The applications of in vitro myelination disorder models are also discussed. The combined outcome of the discussed studies offers a promising future as stem cell transplantation generally results in decreased symptoms and improved quality of life. However, the mechanism of action of the interventions is not known and in cases of negative outcomes the reasons are usually obscure. Further basic science studies along with clinical interventions should close the knowledge gap and should help spread the positive results to a larger population.

Merkezi sinir sisteminde bulunan oligodendrositler, nöronlara trofik destek sağlayan ve elektrik sinyallerini daha hızlı ve daha verimli iletmelerini kolaylaştıran miyelin kılıfının oluşumundan sorumludur. Bu nedenle, miyelin kılıfı sağlıklı bir sinir sisteminin gelişiminde önemli bir rol oynar. Fare embriyonik kök hücre bazlı bir in vitro miyelinasyon sistemi geliştirilmiştir ve bu sistem SARAPE adı verilen miyelizasyon modelini oluşturmak için kullanılmıştır. Bu modelde, miyelinazyonun çapa atma evresi nöron ve oligodendrosit membran arasındaki ilk temastır. Caspr proteinin nöronların yüzeyindeki Contactin'e bağlandığı ve daha sonra, miyelinasyon sürecinin başından sonuna kadar kırılmayan bir etkileşim oluşturmak için oligodendrosit membranı üzerindeki NF155 proteinine bağlandığı bilinmektedir. Ana amacımız, bu proteinleri kullanarak uzun süreli canlı görüntülemeye uygun moleküler araçlar ve protokoller geliştirerek, miyelin zarının oluşumunun arkasındaki ayrıntılı mekanizmayı anlamaya yardımcı olmaktır. Bu amaçla NF155, Caspr ve Contactin proteinlerinin floresan etiketli versiyonu, lentiviral plazmitler içerisindeki oligodendrosit ve nörona spesifik promotörler altına klonlanmış ve lentivirüsler elde edilmiştir. Daha sonra, zenginleştirme işlemi yapılarak NPH'ler de kalıcı Caspr ifadesi sağlanmış ve hücreler canlı görüntülemeye uygun hale getirilmiştir. Myelin, produced by oligodendrocytes in the central nervous system and schwann cells in the peripheral nervous system, is one of the main components required for the efficient functioning of the nervous system. By virtue of the myelin membrane, the speed and efficiency of signal transmission increases, trophic support is provided to neurons and it is easier for them to survive. Therefore, myelin sheath plays essential role in the development of a healthy nervous system. A mouse embryonic stem cell-based in vitro myelination system is developed and used to create a myelization model called SARAPE. In this model, anchoring phase of the myelination is the first contact between neuron and oligodendrocyte membrane. It has been studied that Caspr bind to Contactin on the surface of neurons. Then, they interact with their binding target on the oligodendrocyte membrane, NF155, to form an interaction which is never broken from the beginning to the end of the myelination process. Our main aim is to help understanding the detailed mechanism behind the formation of the myelin membrane by generating molecular tools and protocols using these proteins, compatible with long-term live imaging. For this purpose, fluorescent tagged version of NF155, Caspr and Contactin proteins were cloned under the oligodendrocyte and neuron specific promoters in lentiviral constructs and by using cloned constructs, lentivirus particles were obtained. Next, by performing enrichment process, NPCs with permanent Caspr expression were generated. Finally, these cells were shown to compatible for live imaging.

Multiple skleroz (MS), birçok vücut fonksiyonunu etkileyerek dünya çapında çok sayıda kişinin hayatını zorlaştırmakta ve ölümlerine neden olmaktadır. Mevcut tedavi yöntemlerinde büyük ilerlemeler kaydedilmiş olsa da hayvan modelleri, postmortem örnekler ve hayvanlardan izole edilen hücrelerle yapılan çalışmalarda hastalığın patogenezinin tam olarak anlaşılamaması, uygulanan tedavilerin yetersiz kalmasına neden olmuştur. Çalışmamızda bir in vitro insan miyelinizasyon modeli geliştirerek, hasta ve sağlıklı birey hücrelerinden üretilen oligodendrositlerin fenotiplerinin karşılaştırılması ve hastalığın orjini ve seyri hakkında detaylı bilgiye ulaşılması amaçlanmıştır. Bu amacın ilk adımı olarak, MS hastalarına ve sağlıklı bireylere ait indüklenebilir pluripotent kök hücrelerden türetilen oligogenik nöral öncül hücrelerin morfolojik incelemelerinde MS hücreleri, fenotipik farklılıklar olabileceğini destekler biçimde kontrollere göre daha basık bulunmuştur. Oligogenik nöral öncül hücrelerin erken oligodendrosit oluşuncaya kadar geçirdikleri farklılaşma evreleri Sox10 ile işaretlenerek incelendiğinde MS ve kontrol hücrelerinin aynı farklılaşma potansiyeline sahip olduğu görülmüştür. Hücrelerin çoğalma hızları incelendiğinde, MS grubundaki hücrelerin çoğalma potansiyellerinin kontrol grubuna göre biraz daha yüksek olduğu görülmüştür. Apoptotik hücre oranının erken oligodendrosit evresine doğru bir miktar azaldığı ve bu oranın MS grubunda kontrole göre biraz daha düşük olduğu gözlenmiştir. Tüm bu bulgular, kullandığımız protokol ile yüksek verimlilikte erken oligodendrosit elde edebildiğimizi ve her iki hücre grubu arasında düşük oranlarda fenotipik farklılıklar olduğunu ortaya koymuştur. Multiple sclerosis (MS) burdens lives of many people worldwide and results in their early deaths by impairing several bodily functions. Although great progress has been made with the current therapeutic methods, they remain ineffective to cure the disease and the pathogenesis of MS is still not fully understood. This is in part due to insufficiency of the animal models, postmortem samples and cells isolated from animals to reflect the exact mechanisms underlying the disease. We aimed to develop an in vitro human myelination model to analyze the origin and the course of the disease by investigating oligodendrocyte phenotypes. The morphological analysis of oligogenic neural precursor cells that were differentiated from induced pluripotent stem cells of the MS patients and healthy individuals revealed that MS cells were less round than the controls. This can be an indicator of the proposed phenotypic differences. MS patients and healthy control cells were found to have the same differentiation potency as measured by Sox10 protein expression. During the differentiation process, proliferation of MS cells was slightly higher than the control cells. It was observed that the proportion of apoptotic cells in total population showed a slight decrease in the early oligodendrocyte stage compared to the oligodendrocyte precursor cells. This ratio was slightly lower in the MS group than in the control group. All these findings reveal that we can obtain early oligodendrocytes with high efficiency via our protocol and there are slight phenotypic differences between the control and MS cells. 60

Miyelin kılıfı, bilginin nöronlar üzerinde verimli transferini sağlar ve nöronların işlevi ve sağ kalımı için elzemdir. Miyelin gelişiminde gözlenen bozuklukların veya miyelin hasarının (demiyelinizasyon), elektriksel sinyal iletimini sekteye uğratarak, nöronları atrofiye iterek ve kalıcı fonksiyonel bozukluğa neden olarak multipl skleroz (MS) gibi birçok nörolojik hastalığın kökeninde yattığı bilinmektedir. Bu çalışmada merkezi sinir sisteminde demiyelinizasyonu anlamak için oligodendrosit ve makrofaj hücreleri arasındaki protein-protein etkileşimlerinin belirleyerek MS'de etkili olan ve ilaçlar tarafından hedeflenebilecek yeni sinyal yolaklarının tanımlanmasını amaçladık. Bu amaçlara ulaşmak için, büyük veri yöntemlerini kullanarak oligodendrositler ile makrofaj hücreleri arasındaki protein-protein etkileşimlerinin bir atlası oluşturuldu. Benzersiz bir şekilde, metodolojimiz, tek bir hücre tipi içindeki proteinlerden ziyade hücre-hücre interakt eden proteinleri analiz etti. Ayrıca, MS hastalarının ve kontrollerinin gen ifade profilleri, protein etkileşim verileri ile birlikte değerlendirildi. Sonuç olarak, MS ile ilişkili membran ve hücre dışı proteinler tanımlanmıştır. Bu proteinlerden nörogenezde etkili ve reseptör-ligand gibi özel ilişkisi olan tirozin kinaz ailesinden efrin A7 reseptörü (EphA7) seçilerek hücre kültürü ve fare beyin kesitlerinde boyanıp mikroskopta incelendi. İncelemeler sonucunda EphA7'nin makrofaj hücrelerinde in vivo ve in vitro ifade olduğu gözlemlendi. EphA7'nin bilinen ligandlarından olan EfrinA1, A3, A4 ve A5'in oligodendrosit hücrelerinde farelerde in vivo ve in vitro ifade olduğu gözlemlendi. EphA7'nin oligodendrositlerde eskpresyonu gözlemlenmezken, makrofajlarda efrinA1, efrinA3, A4 ve A5'in ifade edildiği gözlemlendi. Ayrıca efrin ligandlarının astrositlerde de ifade edildiği gözlemlendi. Sonuç olarak EphA7'nin makrofajlarda/mikroglialarda ifade edildiği gözlemlendi. EfrinA1, A3, A4 ve A5 ligandlarının oligodendrosit ve astrosit hücrelerinde ifade edildiği gözlemlendi.Anahtar Kelimeler: Bağışıklık Hücreleri, Multipl Skleroz, Oligodentrosit, Proteom Myelin sheath facilitates efficient transfer of information over neurons and is essential for the function and survival of neurons. Thus, incorrect development of myelin or myelin damage is at the root of many neurological diseases such as multiple sclerosis (MS). Dysmyelination or demyelination disrupts electrical signal transmission, causing neuronal atrophy and permanent functional damage. In order to investigate demyelination in the central nervous system, we aimed to identify the novel MS-associated signaling pathways by identifying protein-protein interactions between oligodendrocyte and immune cells. To achieve this goal, a map of protein-protein interactions between oligodendrocytes and immune system cells was generated using large data methodologies. Uniquely, our methodology analyzed cell-to-cell interacting proteins rather than proteins within a single cell type. In addition, gene expression profiles of MS patients and controls were evaluated along with the protein interaction data. Consequently, MS-associated membrane and extracellular proteins were identified. Ephrin A7 receptor (EphA7) is a member of the tyrosine kinase family and functions in neurogenesis emerged as the top candidate protein. I examined EphA7's expression in cell culture and mouse brain sections using microscopy. EphA7 was expressed macrophages in vitro and in vivo in mouse. Moreover, Ephrins A1, A3, A4, and A5, which are known ligands of EphA7, were expressed in oligodendrocytes in vitro and in vivo in mouse. EphA7 was not present in oligodendrocytes. Ephrins A1, A3, A4, and A5 were expressed in macrophages and Ephrins A1, A3, A4, and A5 was also expressed in astrocytes. As a result, it was observed that EphA7 was expressed in macrophages/microglia. EfrinA1, A3, A4 and A5 ligands were observed to be expressed in oligodendrocyte and astrocyte cells.Key words: Immune Cells, Multiple Sclerosis, Oligodendrocyte, Proteom 82