Patogen mekanisme av -synuklein i en HiPSC-modell av Parkinsons sykdom

Abstrakt

-synuklein er en stadig mer fremtredende aktør i patologien til en rekke nevrodegenerative tilstander. Parkinsons sykdom (PD) er en nevrodegenerativ lidelse som hovedsakelig rammer de dopaminerge (DA) nevronene i substantia nigra i hjernen. Typisk for PD-patologi er funn av proteinaggregeringer kalt "Lewy-legemer" i de berørte hjerneområdene. -synuklein er involvert i mange sykdomstilstander, inkludert demens med Lewy-legemer (DLB) og Alzheimers sykdom. Imidlertid er PD den vanligste synukleinopatien og fortsetter å være et betydelig fokus for PD-forskning når det gjelder -synuclein Lewy-kroppspatologi. Mutasjoner i flere gener er assosiert med PD-utvikling inkludert SNCA, som koder for -synuklein. En rekke modellsystemer har blitt brukt for å studere -synukleinfysiologi og patofysiologi i et forsøk på å forholde seg nærmere til PD-patologi. Disse modellene inkluderer cellulære og dyresystemer som utforsker transgene teknologier, viral vektorekspresjon, knockdown-tilnærminger og modeller for å studere de potensielle prionproteinlignende effektene av -synuclein. Den nåværende gjennomgangen fokuserer på human-induserte pluripotente stamcelle (iPSC) modeller med et spesifikt fokus på mutasjoner eller multiplikasjoner av SNCA-genet. iPSCs er en teknologi i rask utvikling med stort løfte i studiet av normal fysiologi og sykdomsmodellering in vitro. Evnen til å opprettholde en pasients genetiske bakgrunn og replikere lignende cellefenotyper gjør iPSCs til et kraftig verktøy i studiet av nevrologiske sykdommer. Denne gjennomgangen fokuserer på den nåværende kunnskapen om -synuklein fysiologisk funksjon så vel som dens rolle i PD-patogenese basert på humane iPSC-modeller.

Nøkkelord

-synuklein patogenese; hiPSC-modeller; Parkinsons sykdom; Nevrodegenerative sykdommer;Cistanche-fordeler.

Klikk her for å kjøpeCistanche kosttilskudd

Introduksjon

Nevrodegenerative sykdommer er en gruppe progressive lidelser karakterisert ved nevronal celledød, unntatt tilstander som primært er relatert til iskemi, infeksjon eller malignitet [1]. Nevrodegenerative tilstander er de vanligste aldersrelaterte lidelsene hos mennesker, som blir stadig mer utbredt og påvirker millioner av mennesker over hele verden. Til tross for betydelig vitenskapelig og klinisk forskningsinnsats, mangler fortsatt effektive terapier. Derfor er det svært viktig å bygge bro over hullene i vår forståelse av de fysiologiske og patologiske prosessene som ligger til grunn for nevrodegenerasjon for å lette utviklingen av målrettede og effektive behandlingsstrategier. I løpet av de siste 25 årene har mange cellulære og molekylære mekanismer blitt identifisert som er assosiert med nevronal degenerasjon, mest fremtredende blant disse er proteinaggregatavsetning [2], mitokondrielle DNA-mutasjoner [3] og oksidativt stress [4]. Dannelsen av unormale aggregater av fysiologiske proteiner har fått stor interesse og er identifisert som et sentralt kjennetegn for mange nevrodegenerative sykdommer, som nå er gruppert i det som kalles proteinopatier [5]. Neurodegenerative proteinopatier representerer en gruppe sykdommer som er definert av upassende aggregering, avsetning og/eller akkumulering av et normalt protein som har en betydelig normal fysiologisk funksjon. Proteinopatier er klassifisert basert på hovedproteinet som finnes i disse forekomstene, og tauopatier inneholder derfor hovedsakelig τ-protein, og TDP-43-proteinopatier inneholder TDP-43 [6]. -synuklein er et nøkkelmedlem i denne gruppen av proteiner involvert i nevrodegenerativ sykdom.

-synuklein har vist seg å spille en nøkkelrolle i patologien til en rekke nevrodegenerative tilstander, gruppert som synukleinopatier. -synuklein er kodet av SNCA-genet som finnes på kromosom 4 (4q21.3-22) og mutasjoner i dette genet viser et autosomalt dominant arvemønster. Mutasjoner i dette genet har vist seg å resultere i -synuklein akkumulering og aggregering som presenteres i mange typer nevrodegenerative tilstander [7–9]. Velkjente sykdommer som Parkinsons sykdom (PD), demens med Lewy-legemer (DLB) og multippel systematrofi (MSA) fanges opp i denne gruppen, samt mindre vanlige patologier som neuroaksonale dystrofier, ren autonom svikt (PAF) eller REM søvnadferdsforstyrrelse [10].

For tiden er det et bredt spekter av modellsystemer tilgjengelig for å hjelpe til med studiet av synukleinopatier. Dyremodeller gir verdifull informasjon om atferdsendringer assosiert med nevronale endringer, men artsforskjeller skaper en barriere for å oppnå menneskelige oversettbare sykdomsspesifikke fenotyper. Cellulære modeller har fordelen av å la patologien utvikle seg raskt, er kostnadseffektive og kan lettere genetisk manipuleres, og får interesse, spesielt i molekylære og cellulære studier. I løpet av de siste 14 årene har fremveksten av indusert pluripotent stamcelle (iPSC) teknologi i stor grad fremmet vår forståelse av pasientspesifikke molekylære mekanismer for sykdom, så vel som utviklingen av potensielle nye terapeutiske midler og medikamentscreening. Denne teknologien er basert på evnen til å omprogrammere sykdomsspesifikke pasientfibroblaster ved å tvinge frem ekspresjonen av spesifikke transkripsjonsfaktorer (oftest Oct4, Sox2, cMyc og Klf4), noe som resulterer i en pluripotent tilstand. Deretter blir disse pluripotente cellene deretter differensiert til spesifikke somatiske modne celler av interesse [11]. Denne typen tilnærming er ofte kjent som 'sykdom i en tallerken'-modellering [12] (Figur 1). Denne metodikken har fordelen av å opprettholde pasientens fullstendige genetiske bakgrunn og gjør det mulig å studere virkningen av visse nøkkelmutasjoner på patofysiologi, og tillater karakterisering av sentrale cellulære mutasjonsbaserte fenotyper i komplekse sykdommer som PD [13].

Dopaminerge (DA) nevroner er hovedcelletypen som brukes til å studere nevrodegenerasjon ved PD ved å bruke flere forskjellige protokoller. De fleste protokoller involverer tvungen ekspresjon av LMX1A, som koder for en transkripsjonsfaktor som er kritisk for ventral midthjernens identitet, ved å ta en dual-SMAD-hemmingstilnærming. Denne prosessen er basert på bruk av forbindelsene Noggin og SB431542 som virker som hemmere av signaltransduserproteinfamilien SMAD (et akronym fra fusjonen av Caenorhabditis elegans SMA-gener og Drosophila MAD, Mothers against decapentaplegi), som er nøkkelregulatorer for cellevekst [14–16]. Nylig kan differensiering styres av tvungen overuttrykk av faktorene ASCL1, NURR1 og LMX1A [17]. Omprogrammeringen av PD-pasientceller og differensiering til DA-nevroner har blitt gjennomgått omfattende andre steder [18,19].

Ved å anerkjenne den verdifulle informasjonen som iPSC-modeller tilbyr og viktigheten av -synuklein i nevrodegenerasjon, vil denne gjennomgangen fokusere på kunnskapen oppnådd fra å studere SNCA-mutasjoner i iPSC-modellsystemer, utforske -synukleinaggregering og toksisitet. I denne sammenhengen vil noen relevante spørsmål bli diskutert: er mutasjoner i SNCA-genet den eneste pådriveren for -synuklein-aggregering? Hva er den patogene effekten av SNCA-mutasjoner forskjellig fra -synukleinaggregering?

-synuklein: struktur og normal fysiologisk funksjon

Basert på den eksisterende litteraturen er -synuklein et 14-kDa-protein, allestedsnærværende uttrykt i presynaptiske terminaler av hjernen, hovedsakelig i eksitatoriske nevroner, først rapportert i 1988 [20]. Den native strukturen til et -synuclein-protein er fortsatt en kilde til debatt, men regnes som et naturlig utfoldet protein under normale fysiologiske forhold [21,22]. Dermed kan strukturen variere i henhold til endringer i det lokale miljøet [23], hvor det kan interagere med lipider [24] eller metaller [25]. Endringer i -synukleinstruktur antas å være relatert til dens patologiske feilfolding og aggregering som vanligvis sees ved synukleinopatier [26]. For eksempel har dannelsen av -synuklein-oligomerer indusert av mutasjoner som E35K og E57K blitt sett å påvirke permeabiliteten og integriteten til cellemembranen som fremmer cellens død [27]. Mens mange faktorer kan bidra til avvikende produksjon og aggregering av -synuklein, er en av de viktigste bidragsyterne mutasjoner av SNCA-genet som koder for -synuklein, og dette genet var den første mutasjonen rapportert i autosomal-dominant PD [28] med senere assosiasjon med DLB [ 8]. Den nøyaktige fysiologiske funksjonen til -synuklein er fortsatt ukjent, men forskjellige roller assosiert med synaptisk funksjon er identifisert. Disse funksjonene inkluderer vesikkelgruppering, resirkulering og vedlikehold av det synaptiske vesikkelreservebassenget [29,30]. I tillegg har -synuclein vist seg å fremme SNARE-kompleksdannelse som forbedrer nevrotransmitterfrigjøring [31]. I tillegg er det også involvert i intracellulær trafficking-regulering gjennom interaksjon med flere medlemmer av Rab GTPase-familien [32], så vel som med mikrotubulus kjernedannelse og veksthastighet [33]. Andre studier basert på data fra PD-hjerner viser at -synuklein også kan regulere dopaminnivåer ved å påvirke DAT-aktivitet [34]. Økte nivåer av dopamin kan føre til celleskade som følge av oksidativt stress [35]. Nylig har -synuklein vist seg å hemme fosfolipase D (PLD) som er ansvarlig for omdannelsen av fosfatidylkolin til fosfatidinsyre, og modulerer nevronale prosesser som vekst, differensiering og frigjøring av nevrotransmittere og DA nevrodegenerasjon [36,37]. -synuklein har også blitt rapportert å spille en rolle i nevroinflammasjon ved å starte en immunrespons. Ekstracellulært -synuklein kan utløse aktivering og proliferasjon av immunceller, cytokinsekresjon og fagocytose [38,39].

-synuklein-fenotype i SNCA-muterte iPSC-avledede modeller

iPSCs tilbyr flere fordeler i forhold til andre modellsystemer, med en ubegrenset tilførsel av klinisk relevante fenotypiske celler av menneskelig opprinnelse samtidig som pasientens originale genomiske egenskaper opprettholdes, inkludert genmutasjoner eller kromosomavvik. De viktigste SNCA-variantene assosiert med genetisk PD inkludert triplikasjoner/dupliseringer [40] og missense-punktmutasjoner som A53T [41], A30T [42] eller E46K [9] er blitt modellert i iPSCs. På grunn av den høye forekomsten av triplikasjoner eller A53T SNCA-mutasjon hos PD-pasienter, er det store flertallet av iPSC-modeller til dags dato fokusert på disse to mutasjonstypene, og deres karakteristiske fenotyper er oppsummert i figur 2.

iPSC-modeller av SNCA-triplisering

SNCA-genmultiplikasjon er assosiert med en yngre alder av PD-debut og økt alvorlighetsgrad av symptomer. Triplikasjoner av SNCA resulterer i generering av ekstra kopier av SNCA-genet og overekspresjon av villtype-synuklein som fører til dannelse av giftige aggregater og utbredt nevronal skade [43], noe som tyder på en doseavhengig effekt av -synuklein i sykdomsårsak. SNCA triplikasjonsbærere presenterer med en mer alvorlig fenotype og viser en raskere sykdomsprogresjon enn duplikasjonsbærere og viser i mange tilfeller ytterligere motoriske egenskaper [44]. Nevropatologisk undersøkelse av PD-pasienthjerner med SNCA-triplikasjon viser alvorlig degenerasjon av substantia nigra, bemerkelsesverdig nevronalt tap og vakuolasjon i temporal cortex, samt utbredt Lewy-kroppakkumulering [45]. Denne patologien gjenspeiles i iPSC-avledede DA-neuroner med SNCA-triplikasjon, som viser økte -synuklein-mRNA-nivåer, noe som resulterer i unormale og forhøyede nivåer av proteinuttrykk [46]. I tillegg viser iPSC-avledede nevroner som huser denne mutasjonen høyere nivåer av -synuklein-fosforylering, noe som ofte finnes i PD-hjerner [47], samt unormale økninger i -synukleinaggregater og Lewy-legemer [9,48].

iPSC-modeller begynner nå også å gi tilleggsinformasjon om de underliggende molekylære banene med SNCA-triplikasjoner. Endoplasmatisk retikulum (ER) stress og aktiveringen av den utfoldede proteinresponsen (UPR) er funnet å være aktivert i iPSC-avledede nevroner som huser SNCA-triplisering [49]. Dette demonstrerer den avgjørende rollen ER spiller i eliminering av avvikende proteinaggregater i cellen som fører til ER-stress og en tilhørende UPR når ER-kapasiteten overskrides.

Normale nevronale prosesser påvirkes av SNCA-triplisering og iPSC-modeller har vist at nevronal differensiering og modning endres av SNCA-triplikasjon. SNCA-triplisering iPSC-avledede nevroner er ikke i stand til å generere et typisk komplekst nevronalt nettverk, opprettholde sin proliferative kapasitet og vise subtile endringer i differensieringskapasitet. Disse endringene støttes videre av de betydelige reduksjonene observert i gener relatert til differensiering som DLK, GABABR2 og NURR1, og en reduksjon i neurittutvekstlengde [46,47]. Disse dataene peker på et tap av regenerativ kapasitet som ytterligere kan forsterke det nevronale tapet hos PD-pasienter.

Selv om -synuklein overveiende er lokalisert i presynaptiske nerveterminaler, finnes en liten fraksjon også i cellekjerner. iPSC-neuroner med SNCA-triplisering viser endringer i genomstrukturen, noe som resulterer i DNA-skade [50]. Disse iPSC-avledede nevronene uttrykker avvikende aldringsfenotyper som ytterligere bevist av det reduserte uttrykket av heterokromatinmarkører og viser en unormal kjernekonvolutt [48], samt påvirker genomintegritet som induserer DNA-trådbrudd og celledød [50].

Mitokondriell dysfunksjon er et vanlig trekk ved nevronalt tap og er hovedorganellen påvirket av -synukleinpatologi. I tråd med dette er det vanlig å finne mitokondriell svekkelse i iPSC-avledede SNCA-triplikasjonsneuroner [51]. Mitokondriell svekkelse manifesterer seg som endringer i energimetabolismen som følge av forstyrrelser i essensielle prosesser som respirasjonskapasitet og ATP-produksjon [52]. Når SNCA-triplisering iPSC-avledede nevroner blir utsatt for lave konsentrasjoner av kalsiumionoforen ferritin eller laserindusert ROS, har de en høyere mottakelighet for dannelse av permeabilitetsovergangsporer (PTPs) sammenlignet med kontrollneuroner [53]. Flere studier viser også at SNCA-mutasjoner har økt basal følsomhet for toksinindusert oksidativt stress som kan forverres av metallion-interaksjoner [54]. Eksponeringen av SNCA-triplisering iPSC-avledede nevroner for toksiner som 6OHDA resulterer i økt celledød og kaspase-3-aktivering [47] samt en økning i autofagosomer [46]. Disse resultatene støttes videre av forhøyede nivåer av oksidativt stressmarkører som DNAJA1, HMOX2, UCHL1 og HSPB1, involvert i beskyttelsen av cellen mot oksidativ skade, og MAOA, som er en kilde til oksidativt stress når det overuttrykkes i disse nevronene [ 55].

Cistanche piller

iPSC-modeller av SNCA-A53T-mutasjon

iPSC-avledede nevroner med A53T-mutasjonen viser en høyere tendens til å produsere -synuklein-oligomerer og aggregater sammenlignet med kontrollneuroner. Dette samsvarer godt med det som observeres i den menneskelige hjernen hos pasienter som bærer samme mutasjon [41,56]. SNCA-A53T missense-mutasjonen var den første identifiserte og er den vanligste mutasjonen tilstede hos PD-pasienter [28]. A53T-mutasjonen er assosiert med en ca. 10-år tidligere debutalder sammenlignet med andre missense-punktmutasjoner [44]. A53T-mutasjonen stabiliserer -synukleinproteinet i -sheets, noe som fører til en raskere fibrildannelse som en giftig funksjonsforsterkning, noe som bidrar til tidlig utbrudd av familiær PD [26,57]. iPSC-avledede nevroner viser også dysregulering i proteinproduksjon og transkripsjonsrelaterte mRNAer på grunn av interaksjonen av A53T mutert -synuklein med essensielle transkripsjonsfaktorer, ribonukleoproteiner og ribosomale proteiner, basert på genomomfattende analyserapporter [58]. En annen studie viste imidlertid en reduksjon i forholdet mellom tetramerer og monomerer i SNCA-A53T iPSC-avledede nevroner sammenlignet med kontroll, noe som tyder på at visse konformasjoner som tetramerer kan stabilisere proteinet og forhindre de toksiske effektene observert med noen oligomerer [59].

Som rapportert for SNCA-triplisering i iPSC-avledede nevroner, er UPR-systemet også forstyrret i SNCA-A53T iPSC-avledede nevroner. Dette er assosiert med en reduksjon i uttrykket av IRE-faktoren, som er en vesentlig komponent i denne prosessen [60]. Den nært beslektede veien for lysosomal stress er også forstyrret i A53T-muterte iPSC-avledede nevroner, der -synuklein binder og deaktiverer ykt6, noe som resulterer i proteinaggregering som kan være giftig for nevroner [61].

I likhet med de dystrofiske nevrittmønstrene observert i SNCA-triplikasjonsnevroner, er dette også tilfellet i SNCA-A53T iPSC-avledede nevroner [56]. Hovne varikositeter og store sfæroidinneslutninger, som er relatert til tidlig nevrittdegenerasjon, er tilstede i SNCA-A53T iPSC-avledede nevroner. Disse endringene fører til forstyrrelse i dannelsen av nevronale nettverk med betydelig reduserte synaptiske kontakter [62]. Synaptisk aktivitet i SNCA-A53T iPSC-avledede nevroner er kompromittert med nedreguleringen av viktige pre- og postsynaptiske celleadhesjonsproteiner observert [62]. Dessuten fører svekkelsen av disse prosessene til endring i synaptisk aktivitet med en større gjennomsnittlig amplitude på et større antall spontane Ca2 pluss transienter [56].

I SNCA-A53T-neuroner er den anterograde mitokondrielle transportprosessen forstyrret, noe som ser ut til å være relatert til mikrotubuli-nitrering og manglende evne til å samhandle med mitokondrielle transportkomplekser [63]. Tilsvarende viser SNCA-A53T iPSC-avledede nevroner mitofagiforsinkelse relatert til oppreguleringen av Miro1, et nøkkelprotein involvert i mitokondriell transport [64]. Mitokondriell morfologi er også endret til en mer sirkulær og uforgrenet form med en betydelig reduksjon i membranpotensialet i muterte nevroner [60]. Videre er antioksidantveier forhøyet, sannsynligvis som en kompenserende mekanisme som svar på økningen i mitokondrielt stress. Det har blitt spekulert i at dette skyldes økte nivåer av katalase eller den peroksisom-proliferator-aktiverte reseptor-ko-aktivatoren 1- (PGC1-) [60]. Alle disse faktorene bidrar til en pro-apoptotisk fenotype som er tilstede med SNCA-A53T-mutasjonen. Det er en økning i ekspresjonen av proteiner relatert til autofagi, slik som p62 eller autophagosommarkøren LC3 [60]. Denne prosessen er spesielt forverret i SNCA-A53T iPSC-avledede nevroner etter eksponering for jordbrukskjemikalier [41].

Ytterligere faktorer som påvirker -synukleinaggregering og patologi funnet i iPSC-modeller

Selv om tilstedeværelsen av mutasjoner i SNCA er en nøkkelfaktor som bestemmer proteinfolding og aggregering til giftige arter, har andre faktorer og variabler også vist seg å spille en rolle i denne prosessen. iPSC-avledede nevroner med mutasjoner i andre gener viser også -synukleinaggregering og viser toksisitetseffekter. iPSC-avledede nevroner som bærer LRRK2 G2019S-mutasjon presenterer med økte nivåer av -synuklein og har betydelige aggregasjoner sammenlignet med kontroller [65]. Videre er disse nevronene følsomme for overdreven degenerasjon når de utsettes for forhåndsformede -synukleinfibriller (PFF). Interessant nok ble denne effekten vist å være reversibel, når mutasjonen ble korrigert i isogene kontroller, ble aggregatdannelsen dempet [66]. I tillegg ble det funnet en annen faktor som påvirker -synuklein-aggregering på grunn av det differensielle uttrykket av det tioredoksin-interagerende proteinet (TXNIP) i organoide kulturer av iPSC-avledede nevroner med LRRK2 G2019S-mutasjonen. TXNIP ble tidligere identifisert som en risikofaktor for PD og dens mutasjon og differensialekspresjon resulterer i akselerert akkumulering av -synuklein i LRRK2 G2019S nevroner [67]. TXNIP-mutasjoner er også knyttet til underskudd i autofagimekanismer som bidrar til økte nivåer av -synukleinakkumulering i nevroner [68]. Alle disse dataene er også i samsvar med bevisene fra humane hjerneprøver, som viser omfattende -synuklein-patologi hos PD-pasienter med LRRK2 G2019S-mutasjon [69].

Parkingenet (PARK2) som koder for E3 ubiquitinligase er en annen viktig faktor i iPSC-studier av -synuklein. Nyere studier viser en betydelig økning av -synukleinnivåer og aggregering i iPSC-avledede nevroner fra pasienter som presenterer med PARK2-mutasjoner sammenlignet med kontrolllinjer [70,71]. Fraværet av Lewy-legemer i PD-pasienthjerner med parkinmutasjoner gjør imidlertid denne detaljerte sammenhengen uklar, noe som antyder at parkin i seg selv kan interagere og ubiquitinere det -synuklein-interagerende proteinet, synfilin-1 og fremme Lewy-legemenes inkluderinger [72] . Det er også bevis på sjeldne genetiske risikofaktorer for PD som CHCHD2, som viser en økning i akkumulering av uløselig -synuklein i iPSC-avledede DA-neuroner som bærer CHCHD2 T61I-mutasjon [73].

iPSC-modellsystemer har vært uvurderlige når det gjelder å demonstrere disse sammenhengene og fremheve nytten og potensialet som iPSC-teknologi kan gi til den komplekse molekylære kartleggingen av -synuklein nevrodegenerasjon i PD.

Cistanche tubulosa

Begrensninger for iPSC-modeller av sykdomsmodeller

Til tross for de mange fordelene som iPSC-teknologien legger til rette for i sykdomsmodellering, er det fortsatt noen begrensninger og utfordringer å overvinne. For det første er den vanligste utfordringen tumorigenisiteten som kan induseres under omprogrammeringsprosessen ved bruk av retrovirale og lentivirale omprogrammeringsmetoder. De ukjente eller umålte effektene av omprogrammeringsprosessen er en potensiell forvirrende faktor i å vurdere den virkelig representative naturen til iPSCs som sykdomsspesifikke modeller. Imidlertid bør det bemerkes at nyere protokoller bruker integreringsfrie metoder som Sendai-virus eller DNA-vektorer og går et stykke mot å minimere disse problemene [74,75]. En annen hindring som er velkjent med stamcellestudier er den iboende variasjonen til iPSCs generert fra forskjellige givere, eller kloner fra samme giver, denne variasjonen er vanskelig å forene i noen tilfeller da det kan være en pasienteffekt eller en protokolleffekt. Omprogrammering er designet for å fullstendig tilbakestille det epigenetiske fingeravtrykket til donorens celler, noe som faktisk kan føre til et partisk differensieringspotensial til visse celletyper [76], men noen data ser ut til å vise at epigenetisk hukommelse reduseres over tid i kultur [77] . En av de viktigste begrensningene til iPSCs i PD-modellering er å generere DA-nevroner med en aldrende fenotype. Studier har vist at omprogrammeringsprosessen tilbakestiller en gammel celle til en mer ungdommelig tilstand, med fenotyper som har lengre telomerer, redusert oksidativt stress og kompetent mitokondriell organisering [78,79]. Vanligvis bruker alle celler en rekke kvalitetskontrolltiltak for å beskytte normal fysiologisk funksjon, og det er derfor mulig at fenotypiske defekter bare manifesterer seg når beskyttelsesveier brytes ned. Å generere en eldet fenotype er derfor en kompleks oppgave, men noen nyere data antyder muligheten for å indusere en eldet fenotype ved tilsetning av progerin, en avkortet form av lamin A som er assosiert med for tidlig aldring [80] og telomerasehemming [81]. Det er noen problemer ved bruk av iPSC-avledede nevroner for å modellere sykdom og spesielt aldersrelaterte sykdomstilstander. Til tross for utfordringene og potensielle fallgruvene, er iPSC-avledede nevroner en verdifull ressurs i modellering av synukleinpatologi.

Fremtidige retninger med iPSC-modeller av -synukleinpatologi

iPSC-avledede nevroner lar oss lage en "sykdom i en tallerken", men også lette den detaljerte studien av de fysiologiske veiene som ligger til grunn for sykdomstilstander in vitro. -synuklein aggregerte arter finnes i hjernen til de fleste PD-pasienter i hjernen, og iPSC-er er et kraftig verktøy for å studere forholdet mellom -synuklein og nevrodegenerasjon, og utforsker de fysiologiske og patofysiologiske rollene til -synuklein. Dataene fra neuronale iPSC-avledede modeller av spesifikke genetiske mutasjoner assosiert med PD vokser og viser sterke korrelasjoner med data fra menneskelige hjerneprøver [9]. Spesifikt, når det gjelder SNCA-mutasjoner som er utbredt i PD-populasjonen, er det kritisk viktig at iPSCs som modell kan sterkt rekapitulere sykdomstilstanden. Dataene som er gjennomgått her antyder at iPSC-er faktisk er en utmerket modell for å studere fysiologien og patofysiologien til SNCA-mutasjoner.

Vanligvis resulterer SNCA-mutasjoner i stabilisering og aggregering eller fibrillering av -synuklein i Lewy-legemer sammen med andre proteiner. Når disse aggregerte artene er tilstede i cellen, samhandler de med andre cellulære strukturer som mikrotubuli, svekker aksonal mitokondriell transport og fører til slutt til en degenerasjon av de synaptiske terminalene og celletap [9,26]. I tillegg blir viktige mitokondrielle funksjoner forstyrret av -synuklein-oligomerers interaksjon med ATP-syntaser som åpning av PTP, svekkelse i respirasjon og lipidperoksidasjonsinduksjon [53]. Dessuten aggregater -synuklein interaksjon med proteiner involvert i mitofagi, og forhindrer passende clearance av defekte mitokondrier fra cellen [64]. Interaksjoner av -synuklein-oligomerer med metallioner har også blitt foreslått å indusere dannelsen av frie radikaler i nevroner, noe som fører til forstyrrelse av normal cellefysiologi, som fører til celledød [54]. De fleste av fenotypene som vises av iPSC-avledede nevroner finnes også i den menneskelige hjernen, og fremhever egnetheten til iPSC-modellering, ikke bare for å etterligne cellens fysiologiske og patologiske tilstander, men også deres potensielle rolle som en plattform for å avsløre nye data som tidligere kan ha basert på innsamling av hjernebiopsier fra avdøde pasienter.

Sykdomsmodellering med iPSCs har gitt viktig støttende bevis på at svekkelser i andre cellulære mekanismer i noen tilfeller kan indusere -synuklein aggregering og akkumulering. iPSC-avledede nevroner fra PD-pasienter som bærer mutasjoner, i LRRK2 eller parkin fremhever disse interaksjonene. For eksempel antydes ubiquitinering av synfilin-1 i iPSC-avledede nevroner som bærer parkinmutasjoner å ha en mellomliggende rolle i å indusere Lewy-kroppsdannelse [72]. Dessuten er en av nøkkelmekanismene som bidrar til -synukleinakkumulering defekt autofagi og lysosomal proteolyse, som spiller en viktig rolle i fjerningen av defekte aggregater. Disse prosessene er vist å være kompromittert i LRRK2-muterte iPSC-avledede nevroner [68,82]. I alle disse studiene viser iPSC-avledede nevroner fenotyper som er tett på linje med det som er rapportert for menneskelige hjerneprøver. Å vurdere årsaken til -synukleinaggregater som vanligvis finnes i PD-hjerner er kompleks og har til dags dato vist seg å være mislykket.

Herba Cistanche

Mens den definitive rollen til -synuklein-aggregering i PD-patologi fortsatt er uklar, viser litteraturen en svært kompleks interaksjon mellom disse aggregerte artene med mange andre proteiner i cellen, noe som skaper en kaskade av svekkelse av cellulær bane som favoriserer defekt proteinaggregering, som til slutt fører til degenerasjon. I dette brede og intrikate molekylære landskapet kan iPSC-avledede modeller fra PD-pasienter hjelpe til med å identifisere effekten av de vanligste mutasjonene i denne patologien, og være i stand til å etterligne de cellulære prosessene i PD-hjernen med stor presisjon. Dessuten kan dette modelleringssystemet "sykdom i en tallerken" lette både oppdagelse av medisiner med høy gjennomstrømming og forskning på tilnærminger til cellulær terapi. Fremtidig arbeid med CRISPR-Cas9-teknologi i kombinasjon med iPSC-er kan revolusjonere tilnærmingen til synukleinopatier for å erstatte de skadelige mutasjonene eller slette multiplikasjonene fra nøkkelsykdomsgenene [83] eller faktisk modulering av relaterte mekanismer som histoner involvert i post-translasjonelle modifikasjoner [83] 84].

Det omfattende arbeidet som er utført til dags dato på tvers av flere modellsystemer, antyder sterkt at tilstedeværelsen av -synukleinaggregater, oligomerer og fibriller har en sentral rolle i PD-relatert DA-nevrodegenerasjon. Med en forbedret sykdomsrelevant plattformbase ved bruk av iPSC-er og den raske veksten i vår forståelse av sykdomstilstanden, ser fremtiden lys ut for terapier som kan målrettes mot synukleinopatier.

Referanser

1. Tsuiji, H. og Yamanaka, K. (2014) Dyremodeller for nevrodegenerative lidelser. Animal Biotechnology, s. 39–56, Elsevier,

2. Bourdenx, M., Koulakiotis, NS, Sanoudou, D., Bezard, E., Dehay, B. og Tsarbopoulos, A. (2017) Proteinaggregering og nevrodegenerasjon i prototypiske nevrodegenerative sykdommer: eksempler på amyloidopatier, tauopatier og synukleinopatier . Prog. Neurobiol. 155, 171–193,

3. Madabhushi, R., Pan, L. og Tsai, L.-H. (2014) DNA-skade og dens koblinger til nevrodegenerasjon. Neuron 83, 266–282,

4. Rekatsina, M., Paladini, A., Piroli, A., Zis, P., Pergolizzi, JV og Varrassi, G. (2020) Patofysiologi og terapeutiske perspektiver av oksidativt stress og nevrodegenerative sykdommer: en narrativ gjennomgang. Adv. Ther. 37, 113–139,

5. Kovacs, GG (2016) Molekylær patologisk klassifisering av nevrodegenerative sykdommer: snu mot presisjonsmedisin. Int. J. Mol. Sci. 17,

6. Kovacs, GG (2017) Konsepter og klassifisering av nevrodegenerative sykdommer. Handb. Clin. Neurol. 145, 301–307,

7. Kiely, AP, Asi, YT, Kara, E., Limousin, P., Ling, H., Lewis, P., et al. (2013) -Synukleinopati assosiert med G51D SNCA-mutasjon: en kobling mellom Parkinsons sykdom og multippel systematrofi? Acta Neuropathol. 125, 753–769,

8. Zarranz, JJ, Alegre, J., G´omez-Esteban, JC, Lezcano, E., Ros, R., Ampuero, I. et al. (2004) Den nye mutasjonen, E46K, av alfa-synuklein forårsaker Parkinson- og Lewy-kroppsdemens. Ann. Neurol. 55, 164–173,

9. Prots, I., Grosch, J., Brazdis, R.-M., Simmnacher, K., Veber, V., Havlicek, S. et al. (2018) -Synukleinoligomerer induserer tidlig aksonal dysfunksjon i humane iPSC-baserte modeller av synukleinopatier. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 115, 7813–7818,

10. McCann, H., Stevens, CH, Cartwright, H. og Halliday, GM (2014) -Synukleinopati-fenotyper. Parkinsonisme relatert. Uorden. 20, S62–S67,

11. Takahashi, K., Tanabe, K., Ohnuki, M., Narita, M., Ichisaka, T., Tomoda, K. et al. (2007) Induksjon av pluripotente stamceller fra voksne humane fibroblaster ved definerte faktorer. Celle 131, 861–872,

12. Vogel, G. (2010) Stamceller. Sykdommer i en tallerken tar av. Science 330, 1172–1173,

13. Avazzadeh, S., Baena, JM, Keighron, C., Feller-Sanchez, Y. og Quinlan, LR (2021) Modellering av Parkinsons sykdom: iPSCs mot en bedre forståelse av menneskelig patologi. Hjernevitenskap. 11,

14. S'anchez-Dan'es, A., Consiglio, A., Richaud, Y., Rodr'ıguez-Piz'a, I., Dehay, B., Edel, M., et al. (2012) Effektiv generering av A9-midthjerne-dopaminerge nevroner ved lentiviral levering av LMX1A i humane embryonale stamceller og induserte pluripotente stamceller. Nynne. Gene Ther. 23, 56–69,

15. Chambers, SM, Fasano, CA, Papapetrou, EP, Tomishima, M., Sadelain, M. og Studer, L. (2009) Svært effektiv nevrale konvertering av humane ES- og iPS-celler ved dobbel hemming av SMAD-signalering. Nat. Bioteknologi. 27, 275–280,

16. Kriks, S., Shim, J.-W., Piao, J., Ganat, YM, Wakeman, DR, Xie, Z. et al. (2011) Dopaminnevroner avledet fra menneskelige ES-celler transplanteres effektivt i dyremodeller av Parkinsons sykdom. Nature 480, 547–551,

17. Theka, I., Caiazzo, M., Dvoretskova, E., Leo, D., Ungaro, F., Curreli, S. et al. (2013) Rask generering av funksjonelle dopaminerge nevroner fra menneskeinduserte pluripotente stamceller gjennom en enkelt-trinns prosedyre ved bruk av cellelinje-transkripsjonsfaktorer. Stamceller Transl. Med. 2, 473–479,

18. Wang, M., Ling, K.-H., Tan, JJ og Lu, C.-B. (2020) Utvikling og differensiering av mellomhjernens dopaminerge nevron: fra benk til seng. Celler 9,

19. Marton, RM og Ioannidis, JPA (2019) En omfattende analyse av protokoller for å utlede dopaminerge nevroner fra menneskelige pluripotente stamceller. Stamceller Transl. Med. 8, 366–374,

20. Maroteaux, L., Campanelli, JT og Scheller, RH (1988) Synuclein: et nevronspesifikt protein lokalisert til kjernen og presynaptisk nerveterminal. J. Neurosci. 8, 2804–2815,

21. Uversky, VN, Li, J. og Fink, AL (2001) Bevis for et delvis foldet mellomprodukt i alfa-synuklein fibrildannelse. J. Biol. Chem. 276, 10737–10744,

22. Theillet, F.-X., Binolfifi, A., Bekei, B., Martorana, A., Rose, HM, Stuiver, M. et al. (2016) Strukturell forstyrrelse av monomert -synuklein vedvarer i pattedyrceller. Nature 530, 45–50,

23. Buell, AK, Galvagnion, C., Gaspar, R., Sparr, E., Vendruscolo, M., Knowles, TPJ et al. (2014) Løsningsforhold bestemmer den relative betydningen av kjernedannelse og vekstprosesser i -synukleinaggregering. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 111, 7671–7676,

24. Rovere, M., Sanderson, JB, Fonseca-Ornelas, L., Patel, DS og Bartels, T. (2018) Refolding av spiralformet løselig -synuklein gjennom forbigående interaksjon med lipidgrensesnitt. FEBS Lett. 592, 1464–1472,

25. Moons, R., Konijnenberg, A., Mensch, C., Van Elzen, R., Johannessen, C., Maudsley, S. et al. (2020) Metallioners form -synuklein. Sci. Rep. 10, 16293,

26. Bertoncini, CW, Fernandez, CO, Griesinger, C., Jovin, TM og Zweckstetter, M. (2005) Familiære mutanter av alfa-synuklein med økt nevrotoksisitet har en destabilisert konformasjon. J. Biol. Chem. 280, 30649–30652,

27. Winner, B., Jappelli, R., Maji, SK, Desplats, PA, Boyer, L., Aigner, S. et al. (2011) In vivo demonstrasjon at alfa-synuklein-oligomerer er giftige. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108, 4194–4199,

28. Polymeropoulos, MH, Lavedan, C., Leroy, E., Ide, SE, Dehejia, A., Dutra, A. et al. (1997) Mutasjon i alfa-synuklein-genet identifisert i familier med Parkinsons sykdom. Science 276, 2045–2047,

29. Lashuel, HA, Overk, CR, Oueslati, A. og Masliah, E. (2013) De mange ansiktene til -synuklein: fra strukturen og toksisiteten til terapeutisk mål. Nat. Rev. Neurosci. 14, 38–48,

30. Cabin, DE, Shimazu, K., Murphy, D., Cole, NB, Gottschalk, W., McIlwain, KL et al. (2002) Synaptisk vesikkelutarming korrelerer med svekkede synaptiske responser på langvarig repeterende stimulering hos mus som mangler alfa-synuklein. J. Neurosci. 22, 8797–8807,

31. Burr´e, J., Sharma, M., Tsetsenis, T., Buchman, V., Etherton, MR og S¨udhof, TC (2010) Alpha-synuklein fremmer SNARE-kompleks sammenstilling in vivo og in vitro. Science 329, 1663–1667,

32. Miraglia, F., Ricci, A., Rota, L. og Colla, E. (2018) Subcellulær lokalisering av alfa-synukleinaggregater og deres interaksjon med membraner. Nevral Regen. Res. 13, 1136–1144,

33. Carnwath, T., Mohammed, R. og Tsiang, D. (2018) De direkte og indirekte effektene av -synuklein på mikrotubulus stabilitet i patogenesen av Parkinsons sykdom. Nevropsykiatri. Dis. Behandle. 14, 1685–1695,

34. Wersinger, C. og Sidhu, A. (2003) Dempning av dopamintransportøraktivitet av -synuklein. Neurosci. Lett. 340, 189–192,

35. Lee, FJ, Liu, F., Pristupa, ZB og Niznik, HB (2001) Direkte binding og funksjonell kobling av alfa-synuklein til dopamintransportørene akselererer dopaminindusert apoptose. 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-Synuklein interagerer med fosfolipase D-isozymer og hemmer pervanadat-indusert fosfolipase D-aktivering i humane embryonale nyre-293-celler. J. Biol. Chem. 277, 12334–12342,

37. Gorbatyuk, OS, Li, S., Nguyen, FN, Manfredsson, FP, Kondrikova, G., Sullivan, LF et al. (2010) -Synukleinuttrykk i rotte substantia nigra undertrykker fosfolipase D2-toksisitet og nigral nevrodegenerasjon. Mol. Ther. 18, 1758–1768,

38. Ferreira, SA og Romero-Ramos, M. (2018) Microglia-respons under Parkinsons sykdom: alfa-synuklein intervensjon. Front. Celle. Neurosci. 12, 247,

39. Grozdanov, V. og Danzer, KM (2020) Intracellulær alfa-synuklein og immuncellefunksjon. Front. Cell Dev. Biol. 8, 562692,

40. Devine, MJ, Ryten, M., Vodicka, P., Thomson, AJ, Burdon, T., Houlden, H. et al. (2011) Parkinsons sykdom induserte pluripotente stamceller med triplisering av -synuklein-lokuset. Nat. Commun. 2, 440,

41. Ryan, SD, Dolatabadi, N., Chan, SF, Zhang, X., Akhtar, MW, Parker, J. et al. (2013) Isogen human iPSC Parkinsons modell viser nitrosativ stressindusert dysfunksjon i MEF2-PGC1-transkripsjon. Celle 155, 1351–1364,

42. Barbuti, P., Antony, P., Santos, B., Massart, F., Cruciani, G., Dording, C. et al. (2020) Bruk av høyinnholdsscreening for å generere enkeltcelle-genkorrigerte pasientavledede iPS-kloner avslører overskudd av alfa-synuklein med familiær Parkinsons sykdom punktmutasjon A30P. Celler 9,

43. Deng, H. og Yuan, L. (2014) Genetiske varianter og dyremodeller i SNCA og Parkinsons sykdom. Aldring Res. Åp. 15, 161–176,

44. Kasten, M. og Klein, C. (2013) De mange ansiktene til alfa-synuklein-mutasjoner. man. Uorden. 28, 697–701,

45. Singleton, AB, Farrer, M., Johnson, J., Singleton, A., Hague, S., Kachergus, J. et al. (2003) forårsaker alfa-Synuclein locus triplisering Parkinsons sykdom. Science 302, 841,

46. ​​Oliveira, LMA, Falomir-Lockhart, LJ, Botelho, MG, Lin, KH, Wales, P., Koch, JC et al. (2015) Forhøyet -synuklein forårsaket av SNCA-gentriplisering svekker nevronal differensiering og modning i Parkinsons pasientavledede induserte pluripotente stamceller. Celledød Dis. 6, e1994,

47. Lin, L., G¨oke, J., Cukuroglu, E., Dranias, MR, VanDongen, AMJ og Stanton, LW (2016) Molekylære egenskaper som ligger til grunn for nevrodegenerasjon identifisert gjennom in vitro-modellering av genetisk mangfoldige pasienter med Parkinsons sykdom. Cell Rep. 15, 2411–2426,

48. Tagliafifierro, L., Zamora, ME og Chiba-Falek, O. (2019) Multiplikasjon av SNCA-lokuset forverrer nevronal kjernefysisk aldring. Nynne. Mol. Genet. 28, 407–421,

49. Heman-Ackah, SM, Manzano, R., Hoozemans, JJM, Scheper, W., Flynn, R., Hagerty, W. et al. (2017) Alfa-synuklein induserer den utfoldede proteinresponsen i Parkinsons sykdom SNCA-triplikasjon iPSC-avledede nevroner. Nynne. Mol. Genet. 26, 4441–4450,

50. Vasquez, V., Mitra, J., Hegde, PM, Pandey, A., Sengupta, S., Mitra, S., et al. (2017) Kromatinbundet oksidert -synuklein forårsaker trådbrudd i nevronale genomer in vitro-modeller av Parkinsons sykdom. J. Alzheimers Dis. 60, S133–S150,

51. Brazdis, R.-M., Alecu, JE, Marsch, D., Dahms, A., Simmnacher, K., L¨orentz, S. et al. (2020) Demonstrasjon av hjerneregionspesifikk nevronal sårbarhet i en menneskelig iPSC-basert modell av familiær Parkinsons sykdom. Nynne. Mol. Genet. 29, 1180–1191,

52. Flierl, A., Oliveira, LMA, Falomir-Lockhart, LJ, Mak, SK, Hesley, J., Soldner, F. et al. (2014) Høyere sårbarhet og stressfølsomhet av nevronale forløperceller som bærer en alfa-synuklein-gentriplikasjon. PLoS ONE 9, e112413,

53. Ludtmann, MHR, Angelova, PR, Horrocks, MH, Choi, ML, Rodrigues, M., Baev, AY et al. (2018) -synuklein-oligomerer interagerer med ATP-syntase og åpner permeabilitetsovergangsporen i Parkinsons sykdom. Nat Commun. 9, 2293,

54. Deas, E., Cremades, N., Angelova, PR, Ludtmann, MHR, Yao, Z., Chen, S. et al. (2016) Alfa-synuklein-oligomerer samhandler med metallioner for å indusere oksidativt stress og nevronal død ved Parkinsons sykdom. Antioksid. Redokssignal. 24, 376–391,

55. Byers, B., Cord, B., Nguyen, HN, Sch¨ule, B., Fenno, L., Lee, PC et al. (2011) SNCA-triplisering Parkinson-pasientens iPSC-avledede DA-neuroner akkumulerer -synuklein og er mottakelige for oksidativt stress. PLoS ONE 6, e26159,

56. Zygogianni, O., Antoniou, N., Kalomoiri, M., Kouroupi, G., Taoufifik, E. og Matsas, R. (2019) In vivo fenotyping av familiær Parkinsons sykdom med menneskelige induserte pluripotente stamceller: et bevis -konseptstudie. Neurochem. Res. 44, 1475–1493,

57. Conway, KA, Harper, JD og Lansbury, PT (1998) Akselerert in vitro fibrilldannelse av et mutant alfa-synuklein knyttet til tidlig debut av Parkinsons sykdom. Nat. Med. 4, 1318–1320,

58. Khurana, V., Peng, J., Chung, CY, Auluck, PK, Fanning, S., Tardiff, DF et al. (2017) Genom-skala nettverk kobler nevrodegenerative sykdomsgener til -synuklein gjennom spesifikke molekylære veier. Cell Syst. 4, 157.e14–170.e14,

59. Dettmer, U., Newman, AJ, Soldner, F., Luth, ES, Kim, NC, von Saucken, VE et al. (2015) Parkinson-forårsakende -synuclein missense-mutasjoner skifter native tetramerer til monomerer som en mekanisme for sykdomsinitiering. Nat. Commun. 6, 7314,

60. Zambon, F., Cherubini, M., Fernandes, HJR, Lang, C., Ryan, BJ, Volpato, V. et al. (2019) Cellulær -synukleinpatologi er assosiert med bioenergetisk dysfunksjon i Parkinsons iPSC-avledede dopaminneuroner. Nynne. Mol. Genet. 28, 2001–2013,

61. Cuddy, LK, Wani, WY, Morella, ML, Pitcairn, C., Tsutsumi, K., Fredriksen, K. et al. (2019) Stressindusert cellulær clearance medieres av SNARE-proteinet ykt6 og forstyrres av -synuklein. Neuron 104, 869.e11–884.e11,

62. Kouroupi, G., Taoufifik, E., Vlachos, IS, Tsioras, K., Antoniou, N., Papastefanaki, F. et al. (2017) Defekt synaptisk tilkobling og aksonal nevropatologi i en human iPSC-basert modell av familiær Parkinsons sykdom. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 114, E3679–E3688,

63. Stykel, MG, Humphries, K., Kirby, MP, Czaniecki, C., Wang, T., Ryan, T. et al. (2018) Nitrering av mikrotubuli blokkerer aksonal mitokondriell transport i en menneskelig pluripotent stamcellemodell av Parkinsons sykdom. FASEB J. 32, 5350–5364,

64. Shaltouki, A., Hsieh, C.-H., Kim, MJ og Wang, X. (2018) Alfa-synuklein forsinker mitofagi og målrettet Miro redder nevrontap i Parkinsons modeller. Acta Neuropathol. 136, 607–620,

65. Nguyen, HN, Byers, B., Cord, B., Shcheglovitov, A., Byrne, J., Gujar, P. et al. (2011) LRRK2-mutante iPSC-avledede DA-neuroner viser økt mottakelighet for oksidativt stress. Celle stamcelle 8, 267–280,

66. Bieri, G., Brahic, M., Bousset, L., Couthouis, J., Kramer, NJ, Ma, R. et al. (2019) LRRK2 modifiserer -syn-patologi og spredning i musemodeller og menneskelige nevroner. Acta Neuropathol. 137, 961–980,

67. Kim, H., Park, HJ, Choi, H., Chang, Y., Park, H., Shin, J. et al. (2019) Modellering av G2019S-LRRK2 sporadisk Parkinsons sykdom i 3D-organoider i midthjernen. Stamcelle rep. 12, 518–531,

68. Reinhardt, P., Schmid, B., Burbulla, LF, Schondorf, DC, Wagner, L., Glatza, M. et al. (2013) Genetisk korreksjon av en LRRK2-mutasjon i humane iPSC-er kobler parkinsonisk nevrodegenerasjon til ERK-avhengige endringer i genuttrykk. Celle stamcelle. 12, 354–367,

69. Schiesling, C., Kieper, N., Seidel, K. og Kr¨uger, R. (2008) Gjennomgang: Familiær Parkinsons sykdom – genetikk, klinisk fenotype og nevropatologi om den vanlige sporadiske formen av sykdommen. Neuropatol. Appl. Neurobiol. 34, 255–271,

70. Shaltouki, A., Sivapatham, R., Pei, Y., Gerencser, AA, Momcilovi'c, O., Rao, MS et al. (2015) Mitokondrielle endringer av PARKIN i dopaminerge nevroner ved bruk av PARK2 pasientspesifikke og PARK2 knockout isogene iPSC-linjer. Stamcelle rep. 4, 847–859,

71. Imaizumi, Y., Okada, Y., Akamatsu, W., Koike, M., Kuzumaki, N., Hayakawa, H. et al. (2012) Mitokondriell dysfunksjon assosiert med økt oksidativt stress og -synukleinakkumulering i PARK2 iPSC-avledede nevroner og postmortem hjernevev. Mol. Hjerne 5, 35,

72. Chung, KK, Zhang, Y., Lim, KL, Tanaka, Y., Huang, H., Gao, J., et al. (2001) Parkin ubiquitinerer det alfa-synuklein-interagerende proteinet, synphilin-1: implikasjoner for Lewy-kroppsdannelse ved Parkinsons sykdom. Nat. Med. 7, 1144–1150,

73. Ikeda, A., Nishioka, K., Meng, H., Takanashi, M., Hasegawa, I., Inoshita, T. et al. (2019) Mutasjoner i CHCHD2 forårsaker -synukleinaggregering. Nynne. Mol. Genet. 28, 3895–3911,

74. Papapetrou, EP og Sadelain, M. (2011) Generering av transgenfrie menneskelige induserte pluripotente stamceller med en utskjærbar enkelt polycistronisk vektor. Nat. Protoc. 6, 1251–1273,

75. Narsinh, KH, Jia, F., Robbins, RC, Kay, MA, Longaker, MT og Wu, JC (2011) Generering av voksne menneskelige induserte pluripotente stamceller ved bruk av ikke-virale minisirkel-DNA-vektorer. Nat. Protoc. 6, 78–88,

76. Kim, K., Zhao, R., Doi, A., Ng, K., Unternaehrer, J., Cahan, P. et al. (2011) Donorcelletype kan påvirke epigenomet og differensieringspotensialet til menneskeinduserte pluripotente stamceller. Nat. Bioteknologi. 29, 1117–1119,

77. Nishino, K., Toyoda, M., Yamazaki-Inoue, M., Fukawatase, Y., Chikazawa, E., Sakaguchi, H. et al. (2011) DNA-metyleringsdynamikk i menneskelige induserte pluripotente stamceller over tid. PLoS Genet. 7, e1002085,

78. Yehezkel, S., Rebibo-Sabbah, A., Segev, Y., Zuckerman, M., Shaked, R., Huber, I. et al. (2011) Omprogrammering av telomere regioner under generering av menneskelige induserte pluripotente stamceller og påfølgende differensiering til fibroblastlignende derivater. Epigenetikk 6, 63–75,

79. Rohani, L., Johnson, AA, Arnold, A. og Stolzing, A. (2014) Den aldrende signaturen: et kjennetegn på induserte pluripotente stamceller? Aldringscelle 13, 2–7,

80. Miller, JD, Ganat, YM, Kishinevsky, S., Bowman, RL, Liu, B., Tu, EY et al. (2013) Human iPSC-basert modellering av sen-debut sykdom via progerin-indusert aldring. Celle stamcelle 13, 691–705,

81. Vera, E., Bosco, N. og Studer, L. (2016) Generering av sent oppståtte humane iPSC-baserte sykdomsmodeller ved å indusere nevronal aldersrelaterte fenotyper gjennom telomerasemanipulasjon. 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) Sykdomsspesifikke fenotyper i dopaminneuroner fra humane iPS-baserte modeller av genetisk og sporadisk Parkinsons sykdom. EMBO Mol. Med. 4, 380–395,

83. Safari, F., Hatam, G., Behbahani, AB, Rezaei, V., Barekati-Mowahed, M., Petramfar, P. et al. (2020) CRISPR-system: en verktøykasse med høy ytelse for forskning og behandling av Parkinsons sykdom. Celle. Mol. Neurobiol. 40, 477–493, t

84. Guhathakurta, S., Kim, J., Adams, L., Basu, S., Song, MK, Adler, E. et al. (2021) Målrettet demping av forhøyede histonmerker ved SNCA lindrer -synuklein ved Parkinsons sykdom. EMBO Mol. Med. 13, e12188,

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

1. Physiology School of Medicine, National University of Ireland Galway, Galway, Irland;

2. C ´ URAM SFI Center for Research in Medical Devices, National University of Ireland Galway, Galway, Irland