Patogeni mehanizem -sinukleina v HiPSC modelu Parkinsonove bolezni

Povzetek

-sinuklein je vse pomembnejši igralec v patologiji različnih nevrodegenerativnih stanj. Parkinsonova bolezen (PD) je nevrodegenerativna motnja, ki prizadene predvsem dopaminergične (DA) nevrone v substanti nigra možganov. Za patologijo PD je značilno odkritje agregacije beljakovin, imenovanih "Lewyjeva telesca", v prizadetih predelih možganov. -sinuklein je vpleten v številna bolezenska stanja, vključno z demenco z Lewyjevimi telesci (DLB) in Alzheimerjevo boleznijo. Vendar pa je PD najpogostejša sinukleinopatija in je še naprej pomemben fokus raziskav PD v smislu patologije -sinukleinskih Lewyjevih telesc. Mutacije v več genih so povezane z razvojem PD, vključno s SNCA, ki kodira -sinuklein. Različni modelni sistemi so bili uporabljeni za preučevanje fiziologije in patofiziologije sinukleina v poskusu tesnejšega povezovanja s patologijo PD. Ti modeli vključujejo celične in živalske sisteme, ki raziskujejo transgene tehnologije, ekspresijo virusnih vektorjev, knockdown pristope in modele za preučevanje možnih prionskih proteinov podobnih učinkov -sinukleina. Trenutni pregled se osredotoča na modele pluripotentnih matičnih celic (iPSC), ki jih povzroči človek, s posebnim poudarkom na mutacijah ali razmnoževanju gena SNCA. iPSC so hitro razvijajoča se tehnologija, ki veliko obeta pri preučevanju normalne fiziologije in modeliranja bolezni in vitro. Sposobnost ohranjanja pacientovega genetskega ozadja in podvajanja podobnih celičnih fenotipov naredi iPSC močno orodje pri preučevanju nevroloških bolezni. Ta pregled se osredotoča na trenutno znanje o fiziološki funkciji -sinukleina in njegovi vlogi v patogenezi PD na podlagi človeških modelov iPSC.

Ključne besede

-sinukleinska patogeneza; modeli hiPSC; Parkinsonova bolezen; Nevrodegenerativne bolezni;Koristi Cistanche.

Za nakup kliknite tukajCistanche dodatki

Uvod

Nevrodegenerativne bolezni so skupina napredujočih motenj, za katere je značilna smrt nevronskih celic, pri čemer so izključena stanja, povezana predvsem z ishemijo, okužbo ali malignostjo [1]. Nevrodegenerativna stanja so najpogostejše s starostjo povezane motnje pri ljudeh, ki postajajo vse bolj razširjene in prizadenejo milijone ljudi po vsem svetu. Kljub znatnim znanstvenim in kliničnim raziskavam še vedno ni učinkovitih terapij. Zato je ključnega pomena, da premostimo vrzeli v našem razumevanju fizioloških in patoloških procesov, na katerih temelji nevrodegeneracija, da bi olajšali razvoj ciljno usmerjenih in učinkovitih strategij zdravljenja. V zadnjih 25 letih je bilo ugotovljenih veliko celičnih in molekularnih mehanizmov, ki so povezani z nevronsko degeneracijo, med katerimi so najpomembnejši odlaganje beljakovinskih agregatov [2], mutacije mitohondrijske DNK [3] in oksidativni stres [4]. Tvorba nenormalnih agregatov fizioloških beljakovin je bila deležna velikega zanimanja in je opredeljena kot ključni znak za številne nevrodegenerativne bolezni, ki so zdaj združene v tako imenovane proteinopatije [5]. Nevrodegenerativne proteinopatije predstavljajo skupino bolezni, ki so opredeljene z neustrezno agregacijo, odlaganjem in/ali kopičenjem normalne beljakovine, ki ima pomembno normalno fiziološko funkcijo. Proteinopatije so razvrščene glede na glavne beljakovine, ki jih najdemo v teh usedlinah, tako da tavopatije vsebujejo pretežno τ protein, TDP-43 proteinopatije pa TDP-43 [6]. -sinuklein je ključni član te skupine proteinov, ki sodelujejo pri nevrodegenerativnih boleznih.

- dokazano je, da ima sinuklein ključno vlogo pri patologiji različnih nevrodegenerativnih stanj, razvrščenih kot sinukleinopatije. -sinuklein je kodiran z genom SNCA, ki se nahaja na kromosomu 4 (4q21.3-22) in mutacije v tem genu kažejo avtosomno dominanten vzorec dedovanja. Pokazalo se je, da mutacije v tem genu povzročijo kopičenje in agregacijo -sinukleina, ki se pojavi pri številnih vrstah nevrodegenerativnih stanj [7–9]. V to skupino so zajete dobro znane bolezni, kot so Parkinsonova bolezen (PD), demenca z Lewyjevimi telesci (DLB) in multipla sistemska atrofija (MSA), pa tudi manj pogoste patologije, kot so nevroaksonske distrofije, čista avtonomna odpoved (PAF) ali vedenjska motnja REM spanja [10].

Trenutno je na voljo širok spekter modelnih sistemov za pomoč pri preučevanju sinukleinopatij. Živalski modeli zagotavljajo dragocene informacije o vedenjskih spremembah, povezanih z nevronskimi spremembami, vendar razlike med vrstami ustvarjajo oviro za pridobivanje fenotipov, specifičnih za bolezni, ki jih je mogoče prevesti na ljudi. Prednost celičnih modelov je v tem, da omogočajo hiter razvoj patologije, so stroškovno učinkoviti in jih je mogoče lažje genetsko manipulirati, kar pridobiva zanimanje, zlasti v molekularnih in celičnih študijah. V zadnjih 14 letih je pojav tehnologije induciranih pluripotentnih matičnih celic (iPSC) močno napredoval v našem razumevanju molekularnih mehanizmov bolezni, specifičnih za pacienta, ter razvoju potencialnih novih terapevtikov in presejanja zdravil. Ta tehnologija temelji na zmožnosti reprogramiranja bolnikovih fibroblastov, specifičnih za bolezen, s prisiljevanjem izražanja specifičnih transkripcijskih faktorjev (najpogosteje Oct4, Sox2, cMyc in Klf4), kar povzroči pluripotentno stanje. Kasneje se te pluripotentne celice diferencirajo v posebne zanimive somatske zrele celice [11]. Ta vrsta pristopa je splošno znana kot modeliranje 'bolezni v jedi' [12] (slika 1). Prednost te metodologije je ohranjanje bolnikovega celotnega genetskega ozadja in omogoča preučevanje vpliva nekaterih ključnih mutacij na patofiziologijo, kar omogoča karakterizacijo ključnih fenotipov, ki temeljijo na celičnih mutacijah, pri kompleksnih boleznih, kot je PD [13].

Dopaminergični (DA) nevroni so glavna vrsta celic, ki se uporabljajo za preučevanje nevrodegeneracije pri PD z uporabo več različnih protokolov. Večina protokolov vključuje prisilno izražanje LMX1A, ki kodira transkripcijski faktor, ki je kritičen za ventralno identiteto srednjih možganov, pri čemer uporablja pristop dvojne inhibicije SMAD. Ta proces temelji na uporabi spojin Noggin in SB431542, ki delujeta kot zaviralca družine beljakovin signalnega pretvornika SMAD (akronim iz fuzije genov SMA Caenorhabditis elegans in MAD Drosophile, matere proti decapentaplegikom), ki so ključni regulatorji rast celic [14–16]. Nedavno je diferenciacijo mogoče usmerjati s prisilno prekomerno ekspresijo faktorjev ASCL1, NURR1 in LMX1A [17]. Reprogramiranje celic bolnikov s PD in diferenciacija v nevrone DA je bilo obširno pregledano drugje [18,19].

Ob priznavanju dragocenih informacij, ki jih ponujajo modeli iPSC, in pomena -sinukleina pri nevrodegeneraciji se bo ta pregled osredotočil na znanje, pridobljeno s preučevanjem mutacij SNCA v modelnih sistemih iPSC, raziskovanjem agregacije in toksičnosti -sinukleina. V tem kontekstu bomo razpravljali o nekaterih pomembnih vprašanjih: ali so mutacije v genu SNCA edini pobudnik agregacije -sinukleina? Kakšen je patogeni učinek mutacij SNCA, ki se razlikuje od agregacije -sinukleina?

-sinuklein: zgradba in normalna fiziološka funkcija

Glede na obstoječo literaturo je -sinuklein protein 14-kDa, vseprisotno izražen v presinaptičnih terminalih možganov, predvsem v ekscitatornih nevronih, o čemer so prvič poročali leta 1988 [20]. Naravna struktura proteina -sinukleina je še vedno vir razprave, vendar velja za izvorno razvit protein v normalnih fizioloških pogojih [21, 22]. Tako se lahko njegova struktura spreminja glede na spremembe v lokalnem okolju [23], kjer lahko sodeluje z lipidi [24] ali kovinami [25]. Spremembe v strukturi -sinukleina naj bi bile povezane z njegovim patološkim napačnim zlaganjem in agregacijo, ki se pogosto pojavlja pri sinukleinopatijah [26]. Na primer, opazili so, da tvorba -sinukleinskih oligomerov, ki jo povzročajo mutacije, kot sta E35K in E57K, vpliva na prepustnost in celovitost celične membrane, kar spodbuja smrt celice [27]. Medtem ko lahko številni dejavniki prispevajo k nenormalni proizvodnji in agregaciji -sinukleina, so eden glavnih dejavnikov mutacije gena SNCA, ki kodira -sinuklein, in ta gen je bila prva mutacija, o kateri so poročali pri avtosomno dominantni PD [28] s kasnejšo povezavo z DLB [2]. 8]. Natančna fiziološka funkcija -sinukleina še vedno ni znana, vendar so bile ugotovljene različne vloge, povezane s sinaptično funkcijo. Te funkcije vključujejo združevanje veziklov, recikliranje in vzdrževanje rezerve sinaptičnih veziklov [29, 30]. Poleg tega je bilo dokazano, da -sinuklein spodbuja tvorbo kompleksa SNARE, ki poveča sproščanje nevrotransmiterjev [31]. Poleg tega je vključen tudi v regulacijo znotrajcelične trgovine z interakcijo z več člani družine Rab GTPase [32], kot tudi z nukleacijo mikrotubulov in hitrostjo rasti [33]. Druge študije, ki temeljijo na podatkih iz možganov PD, kažejo, da lahko -sinuklein uravnava tudi ravni dopamina tako, da vpliva na aktivnost DAT [34]. Povišane ravni dopamina lahko povzročijo poškodbe celic kot posledice oksidativnega stresa [35]. Nedavno je bilo dokazano, da -sinuklein zavira fosfolipazo D (PLD), ki je odgovorna za pretvorbo fosfatidilholina v fosfatidno kislino, modulacijo nevronskih procesov, kot so rast, diferenciacija in sproščanje nevrotransmiterjev ter nevrodegeneracija DA [36,37]. Poročali so tudi, da ima sinuklein vlogo pri nevrovnetju s sprožitvijo imunskega odziva. Zunajcelični -sinuklein lahko sproži aktivacijo in proliferacijo imunskih celic, izločanje citokinov in fagocitozo [38,39].

-sinukleinski fenotip v SNCA-mutiranih modelih, pridobljenih iz iPSC

iPSC ponujajo več prednosti pred drugimi modelnimi sistemi, z neomejeno ponudbo klinično pomembnih fenotipskih celic človeškega izvora, hkrati pa ohranjajo pacientove prvotne genomske lastnosti, vključno z genskimi mutacijami ali kromosomskimi nepravilnostmi. Glavne različice SNCA, povezane z genetsko PD, vključno s potrojitvami/podvajanji [40] in mutacijami napačnih točk, kot so A53T [41], A30T [42] ali E46K [9], so bile modelirane v iPSC. Zaradi visoke razširjenosti podvojenosti ali mutacije A53T SNCA pri bolnikih s PD je velika večina dosedanjih modelov iPSC osredotočena na ti dve vrsti mutacij, njuni značilni fenotipi pa so povzeti na sliki 2.

iPSC modeli triplikacije SNCA

Razmnoževanje gena SNCA je povezano z nižjo starostjo pojava PD in povečano resnostjo simptomov. Potrojitve SNCA povzročijo ustvarjanje dodatnih kopij gena SNCA in čezmerno izražanje divjega tipa -sinukleina, kar vodi do tvorbe toksičnih agregatov in razširjene poškodbe nevronov [43], kar kaže na od odmerka odvisen učinek -sinukleina pri vzročnosti bolezni. Nosilci podvojitve SNCA imajo resnejši fenotip in kažejo hitrejše napredovanje bolezni kot nosilci podvajanja in v mnogih primerih kažejo dodatne motorične značilnosti [44]. Nevropatološka preiskava možganov bolnikov s PD s triplikacijo SNCA kaže hudo degeneracijo substancije nigre, izjemno izgubo nevronov in vakuolacijo v temporalnem korteksu ter razširjeno kopičenje Lewyjevih telesc [45]. Ta patologija se odraža v nevronih DA, pridobljenih iz iPSC, s triplikacijo SNCA, ki kažejo povečane ravni -sinukleinske mRNA, kar povzroči nenormalne in povišane ravni izražanja beljakovin [46]. Poleg tega nevroni, pridobljeni iz iPSC, ki vsebujejo to mutacijo, kažejo višje stopnje fosforilacije -sinukleina, kar je običajno v možganih PD [47], kot tudi nenormalno povečanje agregatov -sinukleina in Lewyjevih telesc [9,48].

Modeli iPSC zdaj prav tako začenjajo zagotavljati dodatne informacije o osnovnih molekularnih poteh s potrojitvami SNCA. Ugotovljeno je bilo, da se stres endoplazmatskega retikuluma (ER) in aktivacija odziva na nezvite proteine ​​(UPR) aktivirata v nevronih, ki izhajajo iz iPSC in vsebujejo triplikacijo SNCA [49]. To dokazuje ključno vlogo, ki jo ima ER pri izločanju aberantnih beljakovinskih agregatov v celici, ki vodijo do stresa ER in povezanega UPR, ko je zmogljivost ER presežena.

Podvojitev SNCA vpliva na normalne nevronske procese, modeli iPSC pa so pokazali, da se diferenciacija in zorenje nevronov spremeni podvojitev SNCA. Nevroni, ki izhajajo iz iPSC, triplikacije SNCA, ne morejo ustvariti tipične kompleksne nevronske mreže, ohranjajo svojo proliferativno sposobnost in prikazujejo subtilne spremembe v sposobnosti diferenciacije. Te spremembe so dodatno podprte s pomembnimi zmanjšanji, opaženimi v genih, povezanih z diferenciacijo, kot so DLK, GABABR2 in NURR1, ter zmanjšanjem dolžine izrastka nevrita [46,47]. Ti podatki kažejo na izgubo regenerativne sposobnosti, ki lahko dodatno poveča izgubo nevronov pri bolnikih s PD.

Čeprav je -sinuklein pretežno lokaliziran v presinaptičnih živčnih končičih, se majhen del nahaja tudi v celičnih jedrih. Nevroni iPSC s triplikacijo SNCA kažejo spremembe v strukturi genoma, kar povzroči poškodbo DNK [50]. Ti nevroni, pridobljeni iz iPSC, izražajo aberantne fenotipe staranja, kar dokazuje zmanjšana ekspresija markerjev heterokromatina in kažejo nenormalno jedrsko ovojnico [48], prav tako pa vplivajo na celovitost genoma, kar povzroča prekinitve verige DNA in celično smrt [50].

Mitohondrijska disfunkcija je pogosta značilnost izgube nevronov in je glavni organel, na katerega vpliva patologija -sinukleina. V skladu s tem je običajno najti mitohondrijsko okvaro v triplikacijskih nevronih SNCA, pridobljenih iz iPSC [51]. Okvara mitohondrijev se kaže kot spremembe v energetski presnovi kot posledica motenj v bistvenih procesih, kot sta dihalna zmogljivost in proizvodnja ATP [52]. Ko so nevroni, ki izhajajo iz iPSC triplikacije SNCA, izpostavljeni nizkim koncentracijam kalcijevega ionoforja feritina ali lasersko induciranega ROS, so bolj dovzetni za nastanek prehodnih por prepustnosti (PTP) v primerjavi s kontrolnimi nevroni [53]. Več študij tudi dokazuje, da so mutacije SNCA povečale bazalno občutljivost na s toksini povzročen oksidativni stres, ki ga lahko poslabšajo interakcije s kovinskimi ioni [54]. Izpostavljenost nevronov, pridobljenih iz iPSC-triplikacije SNCA, toksinom, kot je 6OHDA, povzroči povečano celično smrt in aktivacijo kaspaze-3 [47] ter povečanje avtofagosomov [46]. Te rezultate dodatno podpirajo povišane ravni markerjev oksidativnega stresa, kot so DNAJA1, HMOX2, UCHL1 in HSPB1, ki sodelujejo pri zaščiti celice pred oksidativnimi poškodbami, in MAOA, ki je vir oksidativnega stresa, če je prekomerno izražen v teh nevronih [ 55].

Cistanche tablete

iPSC modeli mutacije SNCA-A53T

Nevroni, pridobljeni iz iPSC, z mutacijo A53T kažejo večjo nagnjenost k izdelavi -sinukleinskih oligomerov in agregatov v primerjavi s kontrolnimi nevroni. To se dobro ujema s tem, kar opazimo v človeških možganih pri bolnikih, ki nosijo isto mutacijo [41, 56]. Missenčna mutacija SNCA-A53T je bila prva ugotovljena in je najpogostejša mutacija pri bolnikih s PD [28]. Mutacija A53T je povezana s približno 10- letom zgodnejšo starostjo pojava v primerjavi z drugimi mutacijami missense point [44]. Mutacija A53T stabilizira protein -sinuklein v -listih, kar vodi do hitrejšega nastajanja fibril kot toksičnega povečanja delovanja, kar prispeva k zgodnjemu pojavu družinske PD [26,57]. Nevroni, pridobljeni iz iPSC, kažejo tudi disregulacijo v proizvodnji beljakovin in mRNA, povezanih s transkripcijo, zaradi interakcije A53T mutiranega -sinukleina z bistvenimi transkripcijskimi faktorji, ribonukleoproteini in ribosomskimi proteini, na podlagi poročil o analizi celotnega genoma [58]. Vendar pa je druga študija pokazala zmanjšanje razmerja tetrameri/monomeri v nevronih, pridobljenih iz iPSC SNCA-A53T, v primerjavi s kontrolo, kar nakazuje, da lahko nekatere konformacije, kot so tetrameri, stabilizirajo protein in preprečijo toksične učinke, opažene pri nekaterih oligomerih [59].

Kot poročajo za triplikacijo SNCA v nevronih, ki izvirajo iz iPSC, je sistem UPR moten tudi v nevronih, ki izvirajo iz iPSC SNCA-A53T. To je povezano z zmanjšanjem izražanja faktorja IRE, ki je bistvena komponenta v tem procesu [60]. Tesno povezana pot lizosomskega stresa je motena tudi v nevronih, ki izvirajo iz iPSC z mutacijo A53T, kjer se -sinuklein veže in deaktivira ykt6, kar povzroči agregacijo beljakovin, ki je lahko strupena za nevrone [61].

Podobno kot pri vzorcih distrofičnih nevritov, opaženih pri trojnih nevronih SNCA, je to tudi v primeru nevronov, ki izhajajo iz iPSC SNCA-A53T [56]. V nevronih, ki izvirajo iz iPSC SNCA-A53T, so prisotne otekle krčne žile in veliki sferoidni vključki, ki so povezani z zgodnjo degeneracijo nevrita. Te spremembe vodijo do motenj v tvorbi nevronskih mrež z znatno zmanjšanjem sinaptičnih stikov [62]. Sinaptična aktivnost v nevronih, ki izvirajo iz iPSC SNCA-A53T, je ogrožena z opaženo znižano regulacijo pomembnih pred- in postsinaptičnih celičnih adhezijskih proteinov [62]. Poleg tega poslabšanje teh procesov povzroči spremembo sinaptične aktivnosti z večjo srednjo amplitudo pri večjem številu spontanih prehodov Ca2 plus [56].

V nevronih SNCA-A53T je anterogradni mitohondrijski transportni proces moten, kar se zdi povezano z nitracijo mikrotubulov in nezmožnostjo interakcije z mitohondrijskimi transportnimi kompleksi [63]. Podobno nevroni, pridobljeni iz iPSC SNCA-A53T, kažejo zakasnitev mitofagije, povezano z navzgornjo regulacijo Miro1, ključne beljakovine, vključene v mitohondrijski transport [64]. Mitohondrijska morfologija se prav tako spremeni v bolj krožno in nerazvejano obliko s pomembnim zmanjšanjem membranskega potenciala v mutiranih nevronih [60]. Poleg tega so antioksidativne poti povišane, verjetno kot kompenzacijski mehanizem kot odgovor na povečanje mitohondrijskega stresa. Špekuliralo se je, da je to posledica povečane ravni katalaze ali koaktivatorja receptorja, ki ga aktivira peroksisomski proliferator 1- (PGC1- ) [60]. Vsi ti dejavniki prispevajo k proapoptotičnemu fenotipu, ki je prisoten z mutacijo SNCA-A53T. Poveča se izražanje proteinov, povezanih z avtofagijo, kot je p62 ali avtofagosomski marker LC3 [60]. Ta proces je še posebej poslabšan pri nevronih, pridobljenih iz iPSC SNCA-A53T, po izpostavljenosti agrokemikalijam [41].

Dodatni dejavniki, ki vplivajo na agregacijo sinukleina in patologijo, najdene v modelih iPSC

Čeprav je prisotnost mutacij v SNCA ključni dejavnik, ki določa zvijanje beljakovin in združevanje v strupene vrste, se je pokazalo, da imajo tudi drugi dejavniki in spremenljivke vlogo pri tem procesu. Nevroni, pridobljeni iz iPSC, z mutacijami v drugih genih prav tako kažejo agregacijo sinukleina in kažejo učinke toksičnosti. Nevroni, pridobljeni iz iPSC, ki nosijo mutacijo LRRK2 G2019S, so prisotni s povečanimi ravnmi -sinukleina in imajo pomembne agregacije v primerjavi s kontrolami [65]. Poleg tega so ti nevroni občutljivi na čezmerno degeneracijo, če so izpostavljeni vnaprej oblikovanim -sinukleinskim fibrilam (PFF). Zanimivo je, da se je izkazalo, da je ta učinek reverzibilen, ko je bila mutacija popravljena v izogenih kontrolah, je bila tvorba agregata omilila [66]. Poleg tega je bil ugotovljen še en dejavnik, ki vpliva na agregacijo sinukleina zaradi diferencialne ekspresije proteina, ki interagira s tioredoksinom (TXNIP) v organoidnih kulturah nevronov, pridobljenih iz iPSC, z mutacijo LRRK2 G2019S. TXNIP je bil predhodno opredeljen kot dejavnik tveganja za PD, njegova mutacija in diferencialna ekspresija pa povzročita pospešeno kopičenje -sinukleina v nevronih LRRK2 G2019S [67]. Mutacije TXNIP so povezane tudi s pomanjkljivostmi v mehanizmih avtofagije, ki prispevajo k povečanju ravni kopičenja -sinukleina v nevronih [68]. Vsi ti podatki se tudi ujemajo z dokazi iz vzorcev človeških možganov, ki kažejo obsežno patologijo -sinukleina pri bolnikih s PD z mutacijo LRRK2 G2019S [69].

Gen za parkin (PARK2), ki kodira ubikvitin ligazo E3, je še en pomemben dejavnik v študijah iPSC -sinukleina. Nedavne študije kažejo znatno zvišanje ravni -sinukleina in agregacije v nevronih, pridobljenih iz iPSC, pri bolnikih z mutacijami PARK2 v primerjavi s kontrolnimi linijami [70,71]. Vendar pa zaradi odsotnosti Lewyjevih teles v možganih bolnikov s PD s mutacijami parkina ta podrobna povezava ni jasna, kar kaže na to, da lahko sam parkin medsebojno deluje in ubikvitinira protein, ki interagira s sinukleinom, sinfilin-1, in spodbuja vključke Lewyjevih teles [72]. . Obstajajo tudi dokazi o redkih genetskih dejavnikih tveganja za PD, kot je CHCHD2, ki kažejo na povečanje kopičenja netopnega -sinukleina v nevronih DA, ki izvirajo iz iPSC in nosijo mutacijo CHCHD2 T61I [73].

Modelni sistemi iPSC so bili neprecenljivi pri prikazovanju teh povezav in poudarjanju uporabnosti in potenciala, ki ga lahko tehnologija iPSC prinese kompleksnemu molekularnemu kartiranju -sinukleinske nevrodegeneracije pri PD.

Cistanche tubulosa

Omejitve iPSC modelov modelov bolezni

Kljub številnim prednostim, ki jih tehnologija iPSC omogoča pri modeliranju bolezni, še vedno obstajajo nekatere omejitve in izzivi, ki jih je treba premagati. Prvič, najpogostejši izziv je tumorigenost, ki se lahko povzroči med procesom reprogramiranja z uporabo retrovirusnih in lentivirusnih metod reprogramiranja. Neznani ali neizmerjeni učinki procesa reprogramiranja so potencialno zmeden dejavnik pri ocenjevanju resnično reprezentativne narave iPSC kot modelov, specifičnih za bolezen. Vendar je treba opozoriti, da novejši protokoli uporabljajo metode brez integracije, kot so virus Sendai ali vektorji DNK, in prispevajo k zmanjšanju teh težav [74,75]. Druga ovira, ki je dobro znana pri študijah matičnih celic, je intrinzična variabilnost iPSC, ustvarjenih iz različnih darovalcev ali klonov istega darovalca, to variabilnost je v nekaterih primerih težko uskladiti, saj je lahko učinek na bolnika ali učinek protokola. Reprogramiranje je namenjeno popolni ponastavitvi epigenetskega prstnega odtisa celic darovalca, kar lahko dejansko vodi do pristranskega diferenciacijskega potenciala v določene vrste celic [76], vendar se zdi, da nekateri podatki kažejo, da se epigenetski spomin v kulturi sčasoma zmanjša [77] . Ena od glavnih omejitev iPSC pri modeliranju PD je ustvarjanje nevronov DA s fenotipom staranja. Študije so pokazale, da proces reprogramiranja postarano celico ponastavi v bolj mladostno stanje, s fenotipi, ki imajo daljše telomere, zmanjšan oksidativni stres in kompetentno mitohondrijsko organizacijo [78,79]. Običajno vse celice uporabljajo številne ukrepe za nadzor kakovosti za zaščito normalne fiziološke funkcije, zato je možno, da se fenotipske okvare pokažejo šele, ko se zaščitne poti prekinejo. Tako je ustvarjanje postaranega fenotipa zapletena naloga, vendar nekateri nedavni podatki kažejo na možnost indukcije postaranega fenotipa z dodatkom progerina, okrnjene oblike lamina A, ki je povezana s prezgodnjim staranjem [80], in inhibicijo telomeraze [81]. Obstaja nekaj težav pri uporabi nevronov, pridobljenih iz iPSC, za modeliranje bolezni in zlasti s starostjo povezanih bolezni. Kljub izzivom in morebitnim pastem so nevroni, pridobljeni iz iPSC, dragocen vir pri modeliranju sinukleinske patologije.

Prihodnje smeri z iPSC modeli -sinukleinske patologije

Nevroni, pridobljeni iz iPSC, nam omogočajo, da ustvarimo "bolezen v jedi", hkrati pa olajšajo podrobno študijo fizioloških poti, na katerih temeljijo bolezenska stanja in vitro. -sinukleinske agregirane vrste najdemo v možganih večine bolnikov s PD možganov in iPSC so močno orodje za preučevanje razmerja med -sinukleinom in nevrodegeneracijo, pri čemer raziskujejo fiziološke in patofiziološke vloge -sinukleina. Podatki iz nevronskih iPSC izpeljanih modelov specifičnih genetskih mutacij, povezanih s PD, naraščajo in kažejo močne korelacije s podatki iz vzorcev človeških možganov [9]. Natančneje, v primeru mutacij SNCA, ki prevladujejo v populaciji PD, je ključnega pomena, da lahko iPSC kot model močno rekapitulirajo stanje bolezni. Tukaj pregledani podatki kažejo, da so iPSC res odličen model za preučevanje fiziologije in patofiziologije mutacij SNCA.

Običajno mutacije SNCA povzročijo stabilizacijo in agregacijo ali fibrilacijo -sinukleina v Lewyjevih telescih skupaj z drugimi proteini. Ko so te agregirane vrste prisotne v celici, medsebojno delujejo z drugimi celičnimi strukturami, kot so mikrotubuli, poslabšajo aksonski mitohondrijski transport in končno vodijo do degeneracije sinaptičnih terminalov in izgube celic [9, 26]. Poleg tega so pomembne mitohondrijske funkcije motene zaradi interakcije -sinukleinskih oligomerov s sintazami ATP, kot je odpiranje PTP, poslabšanje dihanja in indukcija peroksidacije lipidov [53]. Poleg tega interakcija -sinukleinskih agregatov z beljakovinami, vključenimi v mitofagijo, preprečuje ustrezno odstranitev okvarjenih mitohondrijev iz celice [64]. Predlagano je tudi, da interakcije -sinukleinskih oligomerov s kovinskimi ioni inducirajo tvorbo prostih radikalov v nevronih, kar vodi do motenj normalne celične fiziologije in vodi do celične smrti [54]. Večino fenotipov, ki jih prikazujejo nevroni, pridobljeni iz iPSC, najdemo tudi v človeških možganih, kar poudarja primernost modeliranja iPSC ne le pri posnemanju fizioloških in patoloških stanj celice, temveč tudi pri njihovi potencialni vlogi kot platforme za razkrivanje novih podatkov, ki bi lahko bili prej. temeljil na zbiranju možganskih biopsij umrlih bolnikov.

Modeliranje bolezni z iPSC je zagotovilo pomembne podporne dokaze, da lahko okvare drugih celičnih mehanizmov v nekaterih primerih povzročijo agregacijo in kopičenje sinukleina. Nevroni, pridobljeni iz iPSC pri bolnikih s PD, ki nosijo mutacije v LRRK2 ali parkinu, poudarjajo te interakcije. Na primer, domneva se, da ima vseprisotnost sinfilina-1 v nevronih, pridobljenih iz iPSC, ki nosijo mutacije parkina, vmesno vlogo pri induciranju tvorbe Lewyjevega telesca [72]. Poleg tega je eden od ključnih mehanizmov, ki prispevajo k kopičenju -sinukleina, okvarjena avtofagija in lizosomska proteoliza, ki imata ključno vlogo pri odstranjevanju okvarjenih agregatov. Pokazalo se je, da so ti procesi ogroženi v LRRK2-mutiranih nevronih, ki izhajajo iz iPSC [68,82]. V vseh teh študijah nevroni, pridobljeni iz iPSC, kažejo fenotipe, ki so tesno usklajeni s tistimi, ki so bili prijavljeni za vzorce človeških možganov. Ocenjevanje vzroka agregatov -sinukleina, ki jih običajno najdemo v možganih PD, je zapleteno in se je doslej izkazalo za neuspešno.

Herba Cistanche

Medtem ko je dokončna vloga agregacije -sinukleina pri patologiji PD še vedno nejasna, literatura kaže na zelo zapleteno interakcijo med temi agregiranimi vrstami s številnimi drugimi proteini v celici, kar ustvarja kaskado okvare celične poti, ki daje prednost okvarjeni agregaciji beljakovin, kar na koncu vodi do degeneracija. V tej široki in zapleteni molekularni pokrajini lahko modeli, pridobljeni iz iPSC pri bolnikih s PD, pomagajo prepoznati učinek najpogostejših mutacij v tej patologiji, saj lahko z veliko natančnostjo posnemajo celične procese v možganih PD. Poleg tega lahko ta sistem modeliranja "bolezni v jedi" olajša odkrivanje zdravil z visoko zmogljivostjo in raziskave pristopov celične terapije. Prihodnje delo s tehnologijo CRISPR-Cas9 v kombinaciji z iPSC lahko revolucionira pristop k sinukleinopatijam, da nadomesti škodljive mutacije ali izbriše multiplikacije iz ključnih genov bolezni [83] ali dejansko modulacijo povezanih mehanizmov, kot so histoni, vključeni v posttranslacijske modifikacije [83]. 84].

Obsežno delo, opravljeno do danes v več modelnih sistemih, močno nakazuje, da ima prisotnost -sinukleinskih agregatov, oligomerov in fibril osrednjo vlogo pri nevrodegeneraciji DA, povezani s PD. Z izboljšano osnovo platforme, ki je pomembna za bolezni, z uporabo iPSC in hitro rastjo našega razumevanja stanja bolezni je prihodnost za terapije, ki lahko ciljajo na sinukleinopatije, svetla.

Reference

1. Tsuiji, H. in Yamanaka, K. (2014) Živalski modeli za nevrodegenerativne motnje. Animal Biotechnology, str. 39–56, Elsevier,

2. Bourdenx, M., Koulakiotis, NS, Sanoudou, D., Bezard, E., Dehay, B. in Tsarbopoulos, A. (2017) Agregacija beljakovin in nevrodegeneracija pri prototipičnih nevrodegenerativnih boleznih: primeri amiloidopatij, tauopatij in sinukleinopatij . Prog. Neurobiol. 155, 171–193,

3. Madabhushi, R., Pan, L. in Tsai, L.-H. (2014) Poškodbe DNK in njihove povezave z nevrodegeneracijo. Neuron 83, 266–282,

4. Rekatsina, M., Paladini, A., Piroli, A., Zis, P., Pergolizzi, JV in Varrassi, G. (2020) Patofiziologija in terapevtske perspektive oksidativnega stresa in nevrodegenerativnih bolezni: narativni pregled. Adv. Ther. 37, 113–139,

5. Kovacs, GG (2016) Molekularna patološka klasifikacija nevrodegenerativnih bolezni: obračanje k natančni medicini. Int. J. Mol. Sci. 17,

6. Kovacs, GG (2017) Koncepti in klasifikacija nevrodegenerativnih bolezni. Handb. Clin. Neurol. 145, 301–307,

7. Kiely, AP, Asi, YT, Kara, E., Limousin, P., Ling, H., Lewis, P., et al. (2013) - Sinukleinopatija, povezana z mutacijo G51D SNCA: povezava med Parkinsonovo boleznijo in večsistemsko atrofijo? Acta Neuropathol. 125, 753–769,

8. Zarranz, JJ, Alegre, J., G´omez-Esteban, JC, Lezcano, E., Ros, R., Ampuero, I. et al. (2004) Nova mutacija, E46K, alfa-sinukleina povzroča demenco s Parkinsonovimi in Lewyjevimi telesci. Ann. Neurol. 55, 164–173,

9. Prots, I., Grosch, J., Brazdis, R.-M., Simmnacher, K., Veber, V., Havlicek, S. et al. (2018) - Sinukleinski oligomeri inducirajo zgodnjo disfunkcijo aksonov v človeških modelih sinukleinopatij, ki temeljijo na iPSC. Proc. Natl. Akad. Sci. ZDA 115, 7813–7818,

10. McCann, H., Stevens, CH, Cartwright, H. in Halliday, GM (2014) - Fenotipi sinuklinopatije. Parkinsonizem Relat. Disord. 20, S62–S67,

11. Takahashi, K., Tanabe, K., Ohnuki, M., Narita, M., Ichisaka, T., Tomoda, K. et al. (2007) Indukcija pluripotentnih matičnih celic iz odraslih človeških fibroblastov z definiranimi dejavniki. Celica 131, 861–872,

12. Vogel, G. (2010) Izvorne celice. Bolezni v jedi se razmahnejo. Znanost 330, 1172–1173,

13. Avazzadeh, S., Baena, JM, Keighron, C., Feller-Sanchez, Y. in Quinlan, LR (2021) Modeliranje Parkinsonove bolezni: iPSC za boljše razumevanje človeške patologije. Brain Sci. 11,

14. S´anchez-Dan´es, A., Consiglio, A., Richaud, Y., Rodr´ıguez-Piz`a, I., Dehay, B., Edel, M., et al. (2012) Učinkovita generacija A9 srednjih možganskih dopaminergičnih nevronov z lentivirusno dostavo LMX1A v človeških embrionalnih izvornih celicah in induciranih pluripotentnih matičnih celicah. Hum. Gene Ther. 23, 56–69,

15. Chambers, SM, Fasano, CA, Papapetrou, EP, Tomishima, M., Sadelain, M. in Studer, L. (2009) Visoko učinkovita nevronska pretvorba človeških celic ES in iPS z dvojno inhibicijo signalizacije SMAD. Nat. Biotehnologija. 27, 275–280,

16. Kriks, S., Shim, J.-W., Piao, J., Ganat, YM, Wakeman, DR, Xie, Z. et al. (2011) Dopaminski nevroni, pridobljeni iz človeških ES celic, se učinkovito vcepijo v živalske modele Parkinsonove bolezni. Narava 480, 547–551,

17. Theka, I., Caiazzo, M., Dvoretskova, E., Leo, D., Ungaro, F., Curreli, S. et al. (2013) Hitro ustvarjanje funkcionalnih dopaminergičnih nevronov iz človeških induciranih pluripotentnih matičnih celic z enostopenjskim postopkom z uporabo transkripcijskih faktorjev celične linije. Matične celice Transl. Med. 2, 473–479,

18. Wang, M., Ling, K.-H., Tan, JJ in Lu, C.-B. (2020) Razvoj in diferenciacija dopaminergičnega nevrona srednjih možganov: od klopi do postelje. Celice 9,

19. Marton, RM in Ioannidis, JPA (2019) Celovita analiza protokolov za pridobivanje dopaminergičnih nevronov iz človeških pluripotentnih matičnih celic. Matične celice Transl. Med. 8, 366–374,

20. Maroteaux, L., Campanelli, JT in Scheller, RH (1988) Sinuklein: nevronsko specifičen protein, lokaliziran na jedru in presinaptičnem živčnem koncu. J. Neurosci. 8, 2804–2815,

21. Uversky, VN, Li, J. in Fink, AL (2001) Dokazi za delno prepognjen intermediat pri tvorbi fibril alfa-sinukleina. J. Biol. Chem. 276, 10737–10744,

22. Theillet, F.-X., Binolfifi, A., Bekei, B., Martorana, A., Rose, HM, Stuiver, M. et al. (2016) Strukturna motnja monomernega -sinukleina vztraja v celicah sesalcev. Narava 530, 45–50,

23. Buell, AK, Galvagnion, C., Gaspar, R., Sparr, E., Vendruscolo, M., Knowles, TPJ et al. (2014) Pogoji rešitve določajo relativno pomembnost procesov nukleacije in rasti pri agregaciji -sinukleina. Proc. Natl. Akad. Sci. ZDA 111, 7671–7676,

24. Rovere, M., Sanderson, JB, Fonseca-Ornelas, L., Patel, DS in Bartels, T. (2018) Ponovno zvijanje vijačnega topnega -sinukleina skozi prehodno interakcijo z lipidnimi vmesniki. FEBS Lett. 592, 1464–1472,

25. Moons, R., Konijnenberg, A., Mensch, C., Van Elzen, R., Johannessen, C., Maudsley, S. et al. (2020) Oblika kovinskih ionov - sinuklein. Sci. Rep. 10, 16293,

26. Bertoncini, CW, Fernandez, CO, Griesinger, C., Jovin, TM in Zweckstetter, M. (2005) Družinski mutanti alfa-sinukleina s povečano nevrotoksičnostjo imajo destabilizirano konformacijo. J. Biol. Chem. 280, 30649–30652,

27. Winner, B., Jappelli, R., Maji, SK, Desplats, PA, Boyer, L., Aigner, S. et al. (2011) Dokaz in vivo, da so oligomeri alfa-sinukleina strupeni. Proc. Natl. Akad. Sci. ZDA 108, 4194–4199,

28. Polymeropoulos, MH, Lavedan, C., Leroy, E., Ide, SE, Dehejia, A., Dutra, A. et al. (1997) Mutacija v genu alfa-sinukleina, identificirana v družinah s Parkinsonovo boleznijo. Znanost 276, 2045–2047,

29. Lashuel, HA, Overk, CR, Oueslati, A. in Masliah, E. (2013) Številni obrazi -sinukleina: od strukture in toksičnosti do terapevtske tarče. Nat. Rev. Neurosci. 14, 38–48,

30. Cabin, DE, Shimazu, K., Murphy, D., Cole, NB, Gottschalk, W., McIlwain, KL et al. (2002) Izčrpavanje sinaptičnih veziklov je v korelaciji z oslabljenimi sinaptičnimi odzivi na dolgotrajno ponavljajočo se stimulacijo pri miših brez alfa-sinukleina. J. Neurosci. 22, 8797–8807,

31. Burr´e, J., Sharma, M., Tsetsenis, T., Buchman, V., Etherton, MR in S¨udhof, TC (2010) Alfa-sinuklein spodbuja sestavljanje SNARE-kompleksa in vivo in in vitro. Znanost 329, 1663–1667,

32. Miraglia, F., Ricci, A., Rota, L. in Colla, E. (2018) Podcelična lokalizacija alfa-sinukleinskih agregatov in njihova interakcija z membranami. Nevralna regeneracija. Res. 13, 1136–1144,

33. Carnwath, T., Mohammed, R. in Tsiang, D. (2018) Neposredni in posredni učinki -sinukleina na stabilnost mikrotubulov v patogenezi Parkinsonove bolezni. Neuropsychiatr. Dis. Zdravljenje. 14, 1685–1695,

34. Wersinger, C. in Sidhu, A. (2003) Zmanjšanje aktivnosti transporterja dopamina s -sinukleinom. Neurosci. Lett. 340, 189–192,

35. Lee, FJ, Liu, F., Pristupa, ZB in Niznik, HB (2001) Neposredna vezava in funkcionalna vezava alfa-sinukleina na prenašalce dopamina pospešujeta z dopaminom povzročeno apoptozo. FASEB J. 15, 916–926

36. Ahn, B.-H., Rhim, H., Kim, SY, Sung, Y.-M., Lee, M.-Y., Choi, J.-Y. et al. (2002) alfa-Sinuklein medsebojno deluje z izoencimi fosfolipaze D in zavira aktivacijo fosfolipaze D, ki jo povzroči pervanadat, v celicah ledvic-293 človeških zarodkov. J. Biol. Chem. 277, 12334–12342,

37. Gorbatyuk, OS, Li, S., Nguyen, FN, Manfredsson, FP, Kondrikova, G., Sullivan, LF et al. (2010) - Ekspresija sinuklina v podganji substantia nigra zavira toksičnost fosfolipaze D2 in črno nevrodegeneracijo. Mol. Ther. 18, 1758–1768,

38. Ferreira, SA in Romero-Ramos, M. (2018) Odziv mikroglije med Parkinsonovo boleznijo: intervencija alfa-sinukleina. Spredaj. Celica. Neurosci. 12, 247,

39. Grozdanov, V. in Danzer, KM (2020) Intracelularni alfa-sinuklein in delovanje imunskih celic. Spredaj. Cell Dev. Biol. 8, 562692,

40. Devine, MJ, Ryten, M., Vodicka, P., Thomson, AJ, Burdon, T., Houlden, H. et al. (2011) Pluripotentne matične celice, ki jih povzroča Parkinsonova bolezen, s podvojenostjo -sinukleinskega lokusa. Nat. Komun. 2, 440,

41. Ryan, SD, Dolatabadi, N., Chan, SF, Zhang, X., Akhtar, MW, Parker, J. et al. (2013) Izogeni človeški iPSC Parkinsonov model kaže disfunkcijo transkripcije MEF2-PGC1, ki jo povzroči nitrozativni stres. Celica 155, 1351–1364,

42. Barbuti, P., Antony, P., Santos, B., Massart, F., Cruciani, G., Dording, C. et al. (2020) Uporaba visoko vsebnega presejanja za ustvarjanje enoceličnih gensko popravljenih iPS klonov, pridobljenih iz bolnikov, razkriva presežek alfa-sinukleina z družinsko točkovno mutacijo A30P Parkinsonove bolezni. Celice 9,

43. Deng, H. in Yuan, L. (2014) Genetske različice in živalski modeli pri SNCA in Parkinsonovi bolezni. Staranje Res. Raz. 15, 161–176,

44. Kasten, M. in Klein, C. (2013) Številni obrazi mutacij alfa-sinukleina. pon Disord. 28, 697–701,

45. Singleton, AB, Farrer, M., Johnson, J., Singleton, A., Hague, S., Kachergus, J. et al. (2003) alfa-Synuclein locus triplikacija povzroča Parkinsonovo bolezen. Znanost 302, 841,

46. ​​Oliveira, LMA, Falomir-Lockhart, LJ, Botelho, MG, Lin, KH, Wales, P., Koch, JC et al. (2015) Povišan -sinuklein, ki ga povzroča triplikacija gena SNCA, poslabša diferenciacijo in zorenje nevronov v pluripotentnih matičnih celicah, ki jih povzroča Parkinsonova bolezen. Cell Death Dis. 6, e1994,

47. Lin, L., G¨oke, J., Cukuroglu, E., Dranias, MR, VanDongen, AMJ in Stanton, LW (2016) Molekularne značilnosti, na katerih temelji nevrodegeneracija, identificirane z in vitro modeliranjem genetsko raznolikih bolnikov s Parkinsonovo boleznijo. Cell Rep. 15, 2411–2426,

48. Tagliafifierro, L., Zamora, ME in Chiba-Falek, O. (2019) Množenje lokusa SNCA poslabšuje staranje jedra nevronov. Hum. Mol. Genet. 28, 407–421,

49. Heman-Ackah, SM, Manzano, R., Hoozemans, JJM, Scheper, W., Flynn, R., Hagerty, W. et al. (2017) Alfa-sinuklein inducira nerazvit proteinski odziv v nevronih, ki izvirajo iz iPSC, triplikacije SNCA pri Parkinsonovi bolezni. Hum. Mol. Genet. 26, 4441–4450,

50. Vasquez, V., Mitra, J., Hegde, PM, Pandey, A., Sengupta, S., Mitra, S., et al. (2017) Oksidirani -sinuklein, vezan na kromatin, povzroča prekinitve verig v nevronskih genomih v vitro modelih Parkinsonove bolezni. J. Alzheimerjeva bolezen Dis. 60, S133–S150,

51. Brazdis, R.-M., Alecu, JE, Marsch, D., Dahms, A., Simmnacher, K., L¨orentz, S. et al. (2020) Prikaz nevronske ranljivosti, specifične za regijo možganov, v modelu družinske Parkinsonove bolezni, ki temelji na človeškem iPSC. Hum. Mol. Genet. 29, 1180–1191,

52. Flierl, A., Oliveira, LMA, Falomir-Lockhart, LJ, Mak, SK, Hesley, J., Soldner, F. et al. (2014) Večja ranljivost in občutljivost na stres nevronskih prekurzorskih celic, ki nosijo triplikacijo gena alfa-sinukleina. PLoS ONE 9, e112413,

53. Ludtmann, MHR, Angelova, PR, Horrocks, MH, Choi, ML, Rodrigues, M., Baev, AY et al. (2018) -sinukleinski oligomeri medsebojno delujejo z ATP sintazo in odpirajo pore prehoda prepustnosti pri Parkinsonovi bolezni. Nat Commun. 9, 2293,

54. Deas, E., Cremades, N., Angelova, PR, Ludtmann, MHR, Yao, Z., Chen, S. et al. (2016) Oligomeri alfa-sinukleina medsebojno delujejo s kovinskimi ioni, da povzročijo oksidativni stres in smrt nevronov pri Parkinsonovi bolezni. Antioksid. Redox signal. 24, 376–391,

55. Byers, B., Cord, B., Nguyen, HN, Sch ¨ule, B., Fenno, L., Lee, PC et al. (2011) SNCA triplikacija DA nevroni bolnika s Parkinsonovo boleznijo, pridobljeni iz iPSC, kopičijo -sinuklein in so dovzetni za oksidativni stres. PLoS ONE 6, e26159,

56. Zygogianni, O., Antoniou, N., Kalomoiri, M., Kouroupi, G., Taoufifik, E. in Matsas, R. (2019) In vivo fenotipizacija družinske Parkinsonove bolezni s človeško induciranimi pluripotentnimi izvornimi celicami: dokaz -konceptna študija. Neurochem. Res. 44, 1475–1493,

57. Conway, KA, Harper, JD in Lansbury, PT (1998) Pospešeno in vitro nastajanje fibril z mutiranim alfa-sinukleinom, povezanim z zgodnjim nastopom Parkinsonove bolezni. Nat. Med. 4, 1318–1320,

58. Khurana, V., Peng, J., Chung, CY, Auluck, PK, Fanning, S., Tardiff, DF et al. (2017) Mreže na ravni genoma povezujejo gene nevrodegenerativne bolezni z -sinukleinom prek specifičnih molekularnih poti. Cell Syst. 4, 157.e14–170.e14,

59. Dettmer, U., Newman, AJ, Soldner, F., Luth, ES, Kim, NC, von Saucken, VE et al. (2015) Sinukleinske missenčne mutacije, ki povzročajo Parkinsona, premaknejo naravne tetramerje v monomere kot mehanizem za začetek bolezni. Nat. Komun. 6, 7314,

60. Zambon, F., Cherubini, M., Fernandes, HJR, Lang, C., Ryan, BJ, Volpato, V. et al. (2019) Patologija celičnega sinukleina je povezana z bioenergetsko disfunkcijo v dopaminskih nevronih, ki izhajajo iz Parkinsonovega iPSC. Hum. Mol. Genet. 28, 2001–2013,

61. Cuddy, LK, Wani, WY, Morella, ML, Pitcairn, C., Tsutsumi, K., Fredriksen, K. et al. (2019) S stresom povzročeno celično čiščenje posreduje beljakovina SNARE ykt6 in moti -sinuklein. Nevron 104, 869.e11–884.e11,

62. Kouroupi, G., Taoufifik, E., Vlachos, IS, Tsioras, K., Antoniou, N., Papastefanaki, F. et al. (2017) Pomanjkljiva sinaptična povezljivost in aksonska nevropatologija v modelu družinske Parkinsonove bolezni, ki temelji na človeškem iPSC. Proc. Natl. Akad. Sci. ZDA 114, E3679–E3688,

63. Stykel, MG, Humphries, K., Kirby, MP, Czaniecki, C., Wang, T., Ryan, T. et al. (2018) Nitracija mikrotubulov blokira aksonski mitohondrijski transport v modelu človeških pluripotentnih matičnih celic Parkinsonove bolezni. FASEB J. 32, 5350–5364,

64. Shaltouki, A., Hsieh, C.-H., Kim, MJ in Wang, X. (2018) Alfa-sinuklein zadrži mitofagijo in ciljanje na Miro reši izgubo nevronov v Parkinsonovih modelih. Acta Neuropathol. 136, 607–620,

65. Nguyen, HN, Byers, B., Cord, B., Shcheglovitov, A., Byrne, J., Gujar, P. et al. (2011) LRRK2 mutirani nevroni DA, pridobljeni iz iPSC, kažejo povečano dovzetnost za oksidativni stres. Cell Stem Cell 8, 267–280,

66. Bieri, G., Brahic, M., Bousset, L., Couthouis, J., Kramer, NJ, Ma, R. et al. (2019) LRRK2 spreminja -syn patologijo in širjenje v mišjih modelih in človeških nevronih. Acta Neuropathol. 137, 961–980,

67. Kim, H., Park, HJ, Choi, H., Chang, Y., Park, H., Shin, J. et al. (2019) Modeliranje G2019S-LRRK2 občasne Parkinsonove bolezni v 3D organoidih srednjih možganov. Matične celice Rep. 12, 518–531,

68. Reinhardt, P., Schmid, B., Burbulla, LF, Sch ¨ondorf, DC, Wagner, L., Glatza, M. et al. (2013) Genetska korekcija mutacije LRRK2 v človeških iPSC povezuje parkinsonsko nevrodegeneracijo z od ERK odvisnimi spremembami v izražanju genov. Celična izvorna celica. 12, 354–367,

69. Schiesling, C., Kieper, N., Seidel, K. in Kr¨uger, R. (2008) Pregled: Družinska Parkinsonova bolezen – genetika, klinični fenotip in nevropatologija o pogosti sporadični obliki bolezni. nevropatol. Appl. Neurobiol. 34, 255–271,

70. Shaltouki, A., Sivapatham, R., Pei, Y., Gerencser, AA, Momˇcilovi´c, O., Rao, MS et al. (2015) Mitohondrijske spremembe s PARKIN-om v dopaminergičnih nevronih z uporabo pacient-specifičnih PARK2 in PARK2 knockout izogenih linij iPSC. Matične celice Rep. 4, 847–859,

71. Imaizumi, Y., Okada, Y., Akamatsu, W., Koike, M., Kuzumaki, N., Hayakawa, H. et al. (2012) Mitohondrijska disfunkcija, povezana s povečanim oksidativnim stresom in kopičenjem -sinukleina v nevronih, pridobljenih iz PARK2 iPSC, in posmrtnem možganskem tkivu. Mol. možgani 5, 35,

72. Chung, KK, Zhang, Y., Lim, KL, Tanaka, Y., Huang, H., Gao, J., et al. (2001) Parkin ubikvitinira protein, ki interagira z alfa-sinukleinom, sinfilin-1: posledice za nastanek Lewyjevega telesca pri Parkinsonovi bolezni. Nat. Med. 7, 1144–1150,

73. Ikeda, A., Nishioka, K., Meng, H., Takanashi, M., Hasegawa, I., Inoshita, T. et al. (2019) Mutacije v CHCHD2 povzročajo agregacijo sinukleina. Hum. Mol. Genet. 28, 3895–3911,

74. Papapetrou, EP in Sadelain, M. (2011) Generiranje pluripotentnih matičnih celic človeka brez transgenov z izločljivim enim policistronskim vektorjem. Nat. protokol 6, 1251–1273,

75. Narsinh, KH, Jia, F., Robbins, RC, Kay, MA, Longaker, MT in Wu, JC (2011) Generacija pluripotentnih izvornih celic odraslega človeka z uporabo nevirusnih minikrožnih vektorjev DNA. Nat. protokol 6, 78–88,

76. Kim, K., Zhao, R., Doi, A., Ng, K., Unternaehrer, J., Cahan, P. et al. (2011) Tip donorske celice lahko vpliva na epigenom in potencial diferenciacije pluripotentnih matičnih celic, ki jih povzroči človek. Nat. Biotehnologija. 29, 1117–1119,

77. Nishino, K., Toyoda, M., Yamazaki-Inoue, M., Fukawatase, Y., Chikazawa, E., Sakaguchi, H. et al. (2011) Dinamika metilacije DNA v pluripotentnih matičnih celicah, ki jih povzroči človek, skozi čas. PLoS Genet. 7, e1002085,

78. Yehezkel, S., Rebibo-Sabbah, A., Segev, Y., Zuckerman, M., Shaked, R., Huber, I. et al. (2011) Reprogramiranje telomernih regij med ustvarjanjem človeških induciranih pluripotentnih matičnih celic in poznejšo diferenciacijo v fibroblastom podobne derivate. Epigenetika 6, 63–75,

79. Rohani, L., Johnson, AA, Arnold, A. in Stolzing, A. (2014) Podpis staranja: značilnost induciranih pluripotentnih izvornih celic? Starajoča se celica 13, 2–7,

80. Miller, JD, Ganat, YM, Kishinevsky, S., Bowman, RL, Liu, B., Tu, EY et al. (2013) Modeliranje bolezni s poznim nastopom na podlagi človeškega iPSC prek staranja, ki ga povzroča progerin. Cell Stem Cell 13, 691–705,

81. Vera, E., Bosco, N. in Studer, L. (2016) Ustvarjanje modelov bolezni, ki temeljijo na iPSC pri ljudeh s poznim nastopom, z induciranjem nevronskih starostnih fenotipov z manipulacijo telomeraze. Cell Rep. 17, 1184–1192,

82. S´anchez-Dan´es, A., Richaud-Patin, Y., Carballo-Carbajal, I., Jim´enez-Delgado, S., Craig, C., Mora, S., et al. (2012) Fenotipi, specifični za bolezen v dopaminskih nevronih iz človeških iPS-osnovanih modelov genetske in občasne Parkinsonove bolezni. EMBO Mol. Med. 4, 380–395,

83. Safari, F., Hatam, G., Behbahani, AB, Rezaei, V., Barekati-Mowahed, M., Petramfar, P. et al. (2020) Sistem CRISPR: visoko zmogljiva orodjarna za raziskovanje in zdravljenje Parkinsonove bolezni. Celica. Mol. Neurobiol. 40, 477–493, h

84. Guhathakurta, S., Kim, J., Adams, L., Basu, S., Song, MK, Adler, E. et al. (2021) Ciljna atenuacija povišanih histonskih oznak pri SNCA ublaži -sinuklein pri Parkinsonovi bolezni. EMBO Mol. Med. 13, e12188,

Jara M. Baena-Montes1, Sahar Avazzadeh1 in Leo R. Quinlan1,2

1. Medicinska fakulteta za fiziologijo, Irska nacionalna univerza Galway, Galway, Irska;

2. C´URAM SFI Center za raziskave medicinskih pripomočkov, Nacionalna univerza Irske Galway, Galway, Irska