Cerebral organoids as a neurodevelopmental model of schizophrenia

The neurodevelopmental model of schizophrenia incorporates genetic and environmental factors, which both play a role in the development of this disorder. For example the risk of developing schizophrenia is increased by prenatal stress in a sex-dependant manner. Fibroblast growth factor receptor 1 plays a role in neurodevelopmental abnormalities and has been found to influence cortical development, development of dopaminergic neurons and genes dysregulated in schizophrenia. Circadian, hypothalamic-pituitary-adrenal axis and sleep abnormalities are also common in schizophrenia patients and they might increase susceptibility to psychosis via dopaminergic system. The schizophrenia susceptibility gene Disc1 has been found to play a role in sleep abnormalities and regulation of radial glia cell cycle. Cerebral organoids, which are generated by using human induced pluripotent stem cells, model human brain development and could be used for further studies of neurodevelopmental model of schizophrenia. Cerebral organoids could be improved in the future by vascularization and bioengineering methods. Key words: cerebral organoids, schizophrenia, circadian rhythms, stress, FGFR1, DISC1, glucocorticoidsNa rozvinutí schizofrenie se podílí genetické i environmentální faktory, které jsou zahrnuty v tzv. neurovývojovém modelu schizofrenie. Riziko vzniku schizofrenie zvyšuje např. prenatální stres, a to zřejmě v závislosti na pohlaví. Na neurovývojových abnormalitách schizofrenie se dále podílí receptor fibroblastových faktorů 1, který ovlivňuje vývoj kortexu a dopaminergních neuronů a zřejmě také působí na dysregulované geny u schizofreniků. Pro schizofrenii jsou také charakteristické abnormality cirkadiánních rytmů, osy hypotalamus- hypofýza-nadledviny a spánku, které by mohly zvyšovat náchylnost k psychotickým stavům prostřednictvím dopaminového systému. Ukazuje se, že Disc1, který je považován za rizikový pro schizofrenii, se podílí na spánkových abnormalitách a buněčném cyklu radiálních glií. Pro další výzkum neurovývojového modelu schizofrenie se nabízí cerebrální organoidy, které jsou vytvářeny z lidských indukovaných pluripotentních buněk a napodobují vývoj lidského mozku. Tento model by v budoucnosti mohl být vylepšen vaskularizací a bioinženýrskými metodami. Klíčová slova: cerebrální organoidy, schizofrenie, cirkadiánní rytmy, stres, FGFR1, DISC1, glukokortikoidyDepartment of PhysiologyKatedra fyziologieFaculty of SciencePřírodovědecká fakult