Patogeni mehanizam -sinukleina u HiPSC modelu Parkinsonove bolesti

Abstract

-sinuklein je sve istaknutiji akter u patologiji raznih neurodegenerativnih stanja. Parkinsonova bolest (PD) je neurodegenerativni poremećaj koji pogađa uglavnom dopaminergičke (DA) neurone u supstanciji nigra mozga. Tipično za patologiju PD je nalaz agregacija proteina nazvanih 'Lewyjeva tijela' u zahvaćenim regijama mozga. -sinuklein je uključen u mnoga bolesna stanja uključujući demenciju s Lewyjevim telima (DLB) i Alchajmerovu bolest. Međutim, PD je najčešća sinukleinopatija i nastavlja biti značajan fokus istraživanja PD u smislu patologije -sinukleinskog Lewyjevog tijela. Mutacije u nekoliko gena povezane su s razvojem PD, uključujući SNCA, koji kodira -sinuklein. Različiti sistemi modela su korišteni za proučavanje fiziologije i patofiziologije sinukleina u pokušaju da se bliže povežu sa patologijom PD. Ovi modeli uključuju ćelijske i životinjske sisteme koji istražuju transgene tehnologije, ekspresiju virusnih vektora, pristupe knockdown-a i modele za proučavanje potencijalnih efekata -sinukleina nalik prionskim proteinima. Trenutni pregled se fokusira na modele pluripotentnih matičnih ćelija izazvanih ljudima (iPSC) sa posebnim fokusom na mutacije ili umnožavanje SNCA gena. iPSC su tehnologija koja se brzo razvija s velikim obećanjima u proučavanju normalne fiziologije i modeliranju bolesti in vitro. Sposobnost održavanja genetske pozadine pacijenta i repliciranja sličnih fenotipova stanica čini iPSCs moćnim alatom u proučavanju neuroloških bolesti. Ovaj pregled se fokusira na trenutna saznanja o fiziološkoj funkciji -sinukleina kao i na njegovoj ulozi u patogenezi PD na osnovu ljudskih iPSC modela.

Ključne riječi

-patogeneza sinukleina; hiPSC modeli; Parkinsonova bolest; Neurodegenerativne bolesti;Cistanche koristi.

Kliknite ovdje za kupovinuCistanche suplementi

Uvod

Neurodegenerativne bolesti su grupa progresivnih poremećaja koje karakterizira smrt neuronskih stanica, isključujući stanja prvenstveno povezana s ishemijom, infekcijom ili malignitetom [1]. Neurodegenerativna stanja su najčešći poremećaji povezani sa starenjem kod ljudi, koji postaju sve prisutniji i pogađaju milione ljudi širom svijeta. Uprkos značajnim naučnim i kliničkim istraživanjima, efikasne terapije još uvek nedostaju. Stoga je od vitalnog značaja premostiti praznine u našem razumijevanju fizioloških i patoloških procesa koji su u osnovi neurodegeneracije kako bi se olakšao razvoj ciljanih i učinkovitih strategija liječenja. U posljednjih 25 godina identificirani su mnogi ćelijski i molekularni mehanizmi koji su povezani s neuronskom degeneracijom, a najistaknutiji među njima su taloženje proteinskih agregata [2], mutacije mitohondrijalne DNK [3] i oksidativni stres [4]. Formiranje abnormalnih agregata fizioloških proteina izazvalo je veliko interesovanje i identifikovano je kao ključno obeležje mnogih neurodegenerativnih bolesti, koje su sada grupisane u ono što se naziva proteinopatijama [5]. Neurodegenerativne proteinopatije predstavljaju grupu bolesti koje su definisane neodgovarajućom agregacijom, depozicijom i/ili akumulacijom normalnog proteina koji ima značajnu normalnu fiziološku funkciju. Proteinopatije su klasifikovane na osnovu glavnog proteina koji se nalazi u ovim naslagama, tako da tauopatije sadrže pretežno τ protein, a TDP-43 proteinopatije sadrže TDP-43 [6]. -sinuklein je ključni član ove grupe proteina uključenih u neurodegenerativne bolesti.

Pokazalo se da sinuklein igra ključnu ulogu u patologiji raznih neurodegenerativnih stanja, grupiranih kao sinukleinopatije. -sinuklein je kodiran SNCA genom koji se nalazi na hromozomu 4 (4q21.3-22) i mutacije u ovom genu pokazuju autosomno dominantni obrazac nasljeđivanja. Pokazalo se da mutacije u ovom genu dovode do akumulacije i agregacije -sinukleina što se javlja u mnogim tipovima neurodegenerativnih stanja [7-9]. Dobro poznate bolesti poput Parkinsonove bolesti (PD), demencije s Lewyjevim telima (DLB) i višestruke sistemske atrofije (MSA) su obuhvaćene u ovoj grupi, kao i manje uobičajene patologije kao što su neuroaksonske distrofije, čisto autonomno zatajenje (PAF) ili poremećaj ponašanja u REM spavanju [10].

Trenutno postoji širok spektar modela sistema koji su dostupni za pomoć u proučavanju sinukleinopatija. Životinjski modeli daju vrijedne informacije o promjenama u ponašanju koje su povezane s neuronskim promjenama, ali razlike u vrstama stvaraju prepreku za dobivanje fenotipova specifičnih za bolesti koje se mogu prevesti kod ljudi. Ćelijski modeli imaju prednost u tome što omogućavaju da se patologija brzo razvija, isplativi su i mogu se lakše genetski manipulirati, što postaje zanimljivo, posebno u molekularnim i ćelijskim studijama. U posljednjih 14 godina, pojava tehnologije induciranih pluripotentnih matičnih stanica (iPSC) uvelike je unaprijedila naše razumijevanje molekularnih mehanizama bolesti specifičnih za pacijente, kao i razvoj potencijalnih novih terapeutika i skrininga lijekova. Ova tehnologija se zasniva na sposobnosti reprogramiranja fibroblasta specifičnih za bolest forsiranjem ekspresije specifičnih faktora transkripcije (najčešće Oct4, Sox2, cMyc i Klf4), što rezultira pluripotentnim stanjem. Nakon toga, ove pluripotentne ćelije se zatim diferenciraju u specifične somatske zrele ćelije od interesa [11]. Ovaj tip pristupa je uobičajeno poznat kao modeliranje 'bolesti u posudi' [12] (Slika 1). Ova metodologija ima prednost u održavanju kompletne genetske pozadine pacijenta i omogućava proučavanje uticaja određenih ključnih mutacija na patofiziologiju, omogućavajući karakterizaciju ključnih fenotipova baziranih na ćelijskim mutacijama u složenim bolestima kao što je PD [13].

Dopaminergički (DA) neuroni su glavni tip ćelije koji se koristi za proučavanje neurodegeneracije u PD koristeći nekoliko različitih protokola. Većina protokola uključuje prisilnu ekspresiju LMX1A, koji kodira faktor transkripcije kritičan za identitet ventralnog srednjeg mozga, uzimajući pristup dvostrukoj SMAD inhibiciji. Ovaj proces se zasniva na upotrebi jedinjenja Noggin i SB431542 koji deluju kao inhibitori familije proteina za pretvarač signala SMAD (akronim od fuzije Caenorhabditis elegans SMA gena i Drosophila MAD, majke protiv dekapentaplegičara), koji su ključni regulatori rast ćelija [14–16]. U novije vrijeme, diferencijacija može biti usmjerena prisilnom prekomjernom ekspresijom faktora ASCL1, NURR1 i LMX1A [17]. Reprogramiranje ćelija pacijenata sa PD i diferencijacija u DA neurone je opširno razmatrano na drugim mestima [18,19].

Uzimajući u obzir vrijedne informacije koje nude iPSC modeli i važnost -sinukleina u neurodegeneraciji, ovaj pregled će se fokusirati na znanje stečeno proučavanjem SNCA mutacija u sistemima iPSC modela, istraživanjem agregacije i toksičnosti -sinukleina. U tom kontekstu će se raspravljati o nekim relevantnim pitanjima: da li su mutacije u SNCA genu jedini pokretač agregacije -sinukleina? Koji je patogeni učinak SNCA mutacija različit od agregacije -sinukleina?

-sinuklein: struktura i normalna fiziološka funkcija

Na osnovu postojeće literature, -sinuklein je 14-kDa protein, sveprisutno eksprimiran u presinaptičkim terminalima mozga, pretežno u ekscitatornim neuronima, prvi put objavljen 1988. [20]. Prirodna struktura proteina -sinukleina je još uvijek izvor debate, ali se smatra prirodno nesavijenim proteinom u normalnim fiziološkim uvjetima [21,22]. Stoga njegova struktura može varirati ovisno o promjenama u lokalnom okruženju [23], gdje može stupiti u interakciju s lipidima [24] ili metalima [25]. Smatra se da su promjene u strukturi -sinukleina povezane s njegovim patološkim pogrešnim savijanjem i agregacijom koja se obično vidi kod sinukleinopatija [26]. Na primjer, vidjelo se da formiranje -sinukleinskih oligomera inducirano mutacijama kao što su E35K i E57K utječe na propusnost i integritet ćelijske membrane promovišući smrt stanice [27]. Iako mnogi faktori mogu doprinijeti aberantnoj proizvodnji i agregaciji -sinukleina, jedan od glavnih doprinosa su mutacije SNCA gena koji kodira -sinuklein i ovaj gen je bila prva mutacija prijavljena u autosomno-dominantnoj PD [28] s kasnijom asocijacijom na DLB. 8]. Precizna fiziološka funkcija -sinukleina je još uvijek nepoznata, ali su identificirane različite uloge povezane sa sinaptičkom funkcijom. Ove funkcije uključuju grupisanje vezikula, recikliranje i održavanje bazena rezervi sinaptičkih vezikula [29,30]. Osim toga, pokazalo se da -sinuklein potiče formiranje SNARE kompleksa koji pojačava oslobađanje neurotransmitera [31]. Osim toga, također je uključen u regulaciju unutarstanične trgovine kroz interakciju s više članova porodice Rab GTPase [32], kao i u nukleaciji mikrotubula i brzini rasta [33]. Druge studije zasnovane na podacima iz PD mozga pokazuju da -sinuklein takođe može regulisati nivoe dopamina utičući na aktivnost DAT [34]. Povećani nivoi dopamina mogu dovesti do oštećenja ćelija kao posledica oksidativnog stresa [35]. Nedavno se pokazalo da -sinuklein inhibira fosfolipazu D (PLD) koja je odgovorna za pretvaranje fosfatidilholina u fosfatidnu kiselinu, modulirajući neuronske procese kao što su rast, diferencijacija i oslobađanje neurotransmitera i neurodegeneracija DA [36,37]. - Sinuklein također igra ulogu u neuroinflamaciji tako što pokreće imunološki odgovor. Ekstracelularni sinuklein može pokrenuti aktivaciju i proliferaciju imunih stanica, lučenje citokina i fagocitozu [38,39].

-sinukleinski fenotip u SNCA mutiranim iPSC modelima

iPSC-i nude nekoliko prednosti u odnosu na druge modelne sisteme, sa neograničenom zalihom klinički relevantnih fenotipskih ćelija ljudskog porijekla uz zadržavanje originalnih genomskih karakteristika pacijenta, uključujući mutacije gena ili abnormalnosti hromozoma. Glavne SNCA varijante povezane s genetskom PD, uključujući triplikacije/duplikacije [40] i mutacije misense tačke poput A53T [41], A30T [42] ili E46K [9], modelirane su u iPSC-ima. Zbog visoke prevalencije triplikacija ili A53T SNCA mutacije kod pacijenata sa PD, velika većina iPSC modela do sada je fokusirana na ova dva tipa mutacija, a njihovi karakteristični fenotipovi su sažeti na slici 2.

iPSC modeli SNCA triplikacije

Umnožavanje SNCA gena povezano je s mlađom dobi od početka PD i povećanom ozbiljnošću simptoma. Triplikacije SNCA rezultiraju stvaranjem dodatnih kopija SNCA gena i prekomjernom ekspresijom divljeg tipa -sinukleina što dovodi do stvaranja toksičnih agregata i široko rasprostranjenog oštećenja neurona [43], što ukazuje na dozno ovisan učinak -sinukleina u uzročnosti bolesti. Nosioci SNCA triplikacije imaju teži fenotip i pokazuju bržu progresiju bolesti nego nosioci duplikacije i u mnogim slučajevima pokazuju dodatne motoričke karakteristike [44]. Neuropatološki pregled mozga pacijenata sa PD sa triplikacijom SNCA pokazuje tešku degeneraciju supstancije nigre, značajan gubitak neurona i vakuolaciju u temporalnom korteksu, kao i široko rasprostranjenu akumulaciju Lewyjevog tijela [45]. Ova patologija se ogleda u iPSC izvedenim DA neuronima sa SNCA triplikacijom, koji pokazuju povećane nivoe mRNA -sinukleina, što rezultira abnormalnim i povišenim nivoima ekspresije proteina [46]. Osim toga, neuroni izvedeni iz iPSC-a koji sadrže ovu mutaciju pokazuju više razine fosforilacije -sinukleina, nešto što se obično nalazi u mozgu PD [47], kao i abnormalno povećanje agregata -sinukleina i Lewyjevih tijela [9,48].

iPSC modeli sada takođe počinju da pružaju dodatne informacije o osnovnim molekularnim putevima sa SNCA triplikacijama. Utvrđeno je da se stres endoplazmatskog retikuluma (ER) i aktivacija nesavijenog proteinskog odgovora (UPR) aktiviraju u neuronima izvedenim iz iPSC-a koji sadrže SNCA triplikaciju [49]. Ovo pokazuje ključnu ulogu koju ER igra u eliminaciji aberantnih proteinskih agregata unutar ćelije što dovodi do ER stresa i povezanog UPR-a kada je kapacitet ER prekoračen.

SNCA triplikacija utiče na normalne neuronske procese, a iPSC modeli su pokazali da se diferencijacija i sazrijevanje neurona mijenjaju SNCA triplikacijom. SNCA triplikacija neuroni izvedeni iz iPSC-a nisu u stanju generirati tipičnu kompleksnu neuronsku mrežu, održavajući svoj proliferativni kapacitet i pokazujući suptilne promjene u kapacitetu diferencijacije. Ove promjene su dodatno podržane značajnim smanjenjem uočenim u genima povezanim s diferencijacijom kao što su DLK, GABABR2 i NURR1, i smanjenjem dužine neurita [46,47]. Ovi podaci ukazuju na gubitak regenerativnog kapaciteta koji može dodatno pogoršati gubitak neurona kod pacijenata sa PD.

Iako je -sinuklein pretežno lokaliziran u presinaptičkim nervnim terminalima, mali dio se također nalazi u jezgrima stanica. iPSC neuroni sa SNCA triplikacijom pokazuju promjene u strukturi genoma, što rezultira oštećenjem DNK [50]. Ovi neuroni izvedeni iz iPSC-a izražavaju aberantne fenotipove starenja, što je dodatno dokazano smanjenom ekspresijom heterohromatinskih markera i pokazujući abnormalni nuklearni omotač [48], kao i utječu na integritet genoma izazivajući prekide DNK niti i smrt stanice [50].

Mitohondrijska disfunkcija je uobičajena karakteristika gubitka neurona i glavna je organela na koju utiče patologija -sinukleina. U skladu s tim, uobičajeno je pronaći oštećenje mitohondrija u neuronima triplikacije SNCA izvedene iz iPSC [51]. Oštećenje mitohondrija se manifestuje kao promene u energetskom metabolizmu kao rezultat poremećaja u bitnim procesima kao što su respiratorni kapacitet i proizvodnja ATP-a [52]. Kada su neuroni izvedeni iz SNCA triplikacije iPSC izloženi niskim koncentracijama feritina kalcijum jonofora ili laserski induciranog ROS-a, oni imaju veću osjetljivost na formiranje prelaznih pora permeabilnosti (PTP) u poređenju s kontrolnim neuronima [53]. Nekoliko studija također pokazuje da SNCA mutacije imaju povećanu bazalnu osjetljivost na oksidativni stres izazvan toksinom koji može biti pogoršan interakcijama metalnih jona [54]. Izloženost neurona izvedenih iz iPSC SNCA triplikacije toksinima kao što je 6OHDA rezultira povećanom ćelijskom smrću i aktivacijom kaspaze-3 [47] kao i povećanjem autofagosoma [46]. Ovi rezultati su dodatno podržani povišenim nivoima markera oksidativnog stresa kao što su DNAJA1, HMOX2, UCHL1 i HSPB1, uključeni u zaštitu ćelije od oksidativnog oštećenja, i MAOA, koji je izvor oksidativnog stresa kada je prekomerno eksprimiran u ovim neuronima [ 55].

Cistanche pilule

iPSC modeli SNCA-A53T mutacije

Neuroni izvedeni iz iPSC-a s mutacijom A53T pokazuju veću tendenciju proizvodnje -sinukleinskih oligomera i agregata u odnosu na kontrolne neurone. Ovo se dobro podudara s onim što se opaža u ljudskom mozgu kod pacijenata koji nose istu mutaciju [41,56]. SNCA-A53T missense mutacija je prva identifikovana i najčešća je mutacija prisutna kod pacijenata sa PD [28]. Mutacija A53T je povezana sa približno 10-godinom ranijeg početka u poređenju sa drugim mutacijama misense tačke [44]. Mutacija A53T stabilizira protein -sinuklein u -listovima, što dovodi do bržeg formiranja fibrila kao toksičnog povećanja funkcije, doprinoseći ranom nastanku porodične PD [26,57]. Neuroni izvedeni iz iPSC-a također pokazuju disregulaciju u proizvodnji proteina i mRNA povezanih s transkripcijom zbog interakcije A53T mutiranog -sinukleina sa esencijalnim transkripcijskim faktorima, ribonukleoproteinima i ribozomalnim proteinima, na osnovu izvještaja o analizi genoma [58]. Međutim, druga studija je pokazala smanjenje omjera tetramera/monomera u neuronima izvedenim iz SNCA-A53T iPSC u usporedbi s kontrolom, što sugerira da određene konformacije kao što su tetrameri mogu stabilizirati protein i spriječiti toksične efekte uočene kod nekih oligomera [59].

Kao što je prijavljeno za SNCA triplikaciju u neuronima izvedenim iz iPSC, UPR sistem je također poremećen u neuronima izvedenim iz SNCA-A53T iPSC. Ovo je povezano sa smanjenjem ekspresije faktora IRE, koji je bitna komponenta u ovom procesu [60]. Usko povezan put lizosomalnog stresa je također poremećen u neuronima izvedenim iz iPSC A53T mutiranim, gdje se -sinuklein veže i deaktivira ykt6, što rezultira agregacijom proteina koja može biti toksična za neurone [61].

Slično distrofičnim obrascima neurita uočenim u neuronima triplikacije SNCA, ovo je slučaj i sa neuronima izvedenim iz SNCA-A53T iPSC [56]. Otečene varikoznosti i velike sferoidne inkluzije, koji su povezani sa ranom degeneracijom neurita, prisutni su u neuronima izvedenim iz SNCA-A53T iPSC. Ove promjene dovode do poremećaja u formiranju neuronskih mreža sa značajno smanjenim sinaptičkim kontaktima [62]. Sinaptička aktivnost u neuronima izvedenim iz SNCA-A53T iPSC kompromitovana je smanjenom regulacijom važnih pre- i postsinaptičkih ćelijskih adhezionih proteina [62]. Štaviše, oštećenje ovih procesa dovodi do promjene sinaptičke aktivnosti sa većom srednjom amplitudom na većem broju spontanih Ca2 plus tranzijenta [56].

U SNCA-A53T neuronima je poremećen anterogradni mitohondrijalni transportni proces što se čini da je povezano sa nitracijom mikrotubula i nemogućnošću interakcije sa mitohondrijalnim transportnim kompleksima [63]. Slično, neuroni izvedeni iz SNCA-A53T iPSC-a pokazuju kašnjenje mitofagije povezano s povećanjem regulacije Miro1, ključnog proteina uključenog u mitohondrijski transport [64]. Morfologija mitohondrija je također promijenjena u kružniji i nerazgranati oblik sa značajnim smanjenjem njegovog membranskog potencijala u mutiranim neuronima [60]. Nadalje, antioksidativni putevi su povišeni, vjerovatno kao kompenzacijski mehanizam kao odgovor na povećanje mitohondrijalnog stresa. Nagađa se da je to zbog povećanog nivoa katalaze ili koaktivatora receptora koji se aktivira peroksizomom-proliferatorom 1- (PGC1-) [60]. Svi ovi faktori doprinose pro-apoptotičnom fenotipu koji je prisutan kod SNCA-A53T mutacije. Postoji povećanje ekspresije proteina povezanih sa autofagijom, kao što je p62 ili autofagozomski marker LC3 [60]. Ovaj proces je posebno pogoršan kod neurona izvedenih iz SNCA-A53T iPSC nakon izlaganja agrohemikalijama [41].

Dodatni faktori koji utiču na agregaciju sinukleina i patologiju pronađeni u iPSC modelima

Iako je prisustvo mutacija u SNCA ključni faktor koji određuje savijanje proteina i agregaciju u toksične vrste, pokazalo se da i drugi faktori i varijable igraju ulogu u ovom procesu. Neuroni izvedeni iz iPSC-a s mutacijama u drugim genima također pokazuju agregaciju -sinukleina i pokazuju toksične efekte. Neuroni izvedeni iz iPSC-a koji nose mutaciju LRRK2 G2019S imaju povećane nivoe -sinukleina i imaju značajne agregacije u poređenju sa kontrolama [65]. Nadalje, ovi neuroni su osjetljivi na pretjeranu degeneraciju kada su izloženi prethodno formiranim -sinukleinskim fibrilima (PFF). Zanimljivo, pokazalo se da je ovaj efekat reverzibilan, kada je mutacija korigovana u izogenim kontrolama, stvaranje agregata je ublaženo [66]. Pored toga, pronađen je još jedan faktor koji utiče na agregaciju sinukleina zbog diferencijalne ekspresije proteina koji interaguje sa tioredoksinom (TXNIP) u organoidnim kulturama neurona izvedenih iz iPSC-a sa mutacijom LRRK2 G2019S. TXNIP je ranije identificiran kao faktor rizika za PD, a njegova mutacija i diferencijalna ekspresija rezultiraju ubrzanom akumulacijom -sinukleina u LRRK2 G2019S neuronima [67]. TXNIP mutacije su takođe povezane sa deficitom u mehanizmima autofagije koji doprinose povećanju nivoa akumulacije -sinukleina u neuronima [68]. Svi ovi podaci su takođe u saglasnosti sa dokazima iz uzoraka ljudskog mozga, koji pokazuju ekstenzivnu patologiju -sinukleina kod pacijenata sa PD sa mutacijom LRRK2 G2019S [69].

Parkin gen (PARK2) koji kodira E3 ubikvitin ligazu je još jedan važan faktor u iPSC studijama -sinukleina. Nedavne studije pokazuju značajno povećanje nivoa -sinukleina i agregacije u neuronima izvedenim iz iPSC-a kod pacijenata sa PARK2 mutacijama u poređenju sa kontrolnim linijama [70,71]. Međutim, odsustvo Lewyjevih tijela u mozgu pacijenata s PD s mutacijama parkina čini ovu detaljnu vezu nejasnom, sugerirajući da bi sam parkin mogao interagirati i ubikvitinirati protein koji djeluje na -sinuklein, sinfilin{10}} i promovirati inkluzije Lewyjevih tijela [72] . Postoje i dokazi o rijetkim genetskim faktorima rizika za PD kao što je CHCHD2, koji pokazuju povećanje akumulacije nerastvorljivog sinukleina u iPSC izvedenim DA neuronima koji nose CHCHD2 T61I mutaciju [73].

Sistemi iPSC modela bili su od neprocjenjive važnosti u demonstriranju ovih veza i naglašavanju korisnosti i potencijala koje iPSC tehnologija može donijeti u kompleksno molekularno mapiranje neurodegeneracije -sinukleina u PD.

Cistanche tubulosa

Ograničenja iPSC modela modela bolesti

Unatoč brojnim prednostima koje iPSC tehnologija olakšava u modeliranju bolesti, još uvijek postoje neka ograničenja i izazovi koje treba prevladati. Prvo, najčešći izazov je tumorigenost koja može biti izazvana tokom procesa reprogramiranja upotrebom retrovirusnih i lentivirusnih metoda reprogramiranja. Nepoznati ili neizmjereni efekti procesa reprogramiranja potencijalni su zbunjujući faktor u procjeni istinski reprezentativne prirode iPSC-a kao modela specifičnih za bolest. Međutim, treba napomenuti da noviji protokoli koriste metode bez integracije kao što su Sendai virus ili DNK vektori i idu na neki način da minimiziraju ove probleme [74,75]. Još jedna prepreka koja je dobro poznata studijama matičnih ćelija je intrinzična varijabilnost iPSC-a generiranih od različitih donatora, ili klonova od istog donora, ovu varijabilnost je teško pomiriti u nekim slučajevima jer može biti učinak pacijenta ili učinak protokola. Reprogramiranje je dizajnirano da potpuno resetuje epigenetski otisak prsta donorovih ćelija što u stvari može dovesti do pristranog potencijala diferencijacije u određene tipove ćelija [76], međutim, čini se da neki podaci pokazuju da je epigenetsko pamćenje smanjeno tokom vremena u kulturi [77] . Jedno od glavnih ograničenja iPSC-a u modeliranju PD je stvaranje DA neurona sa fenotipom starenja. Studije su pokazale da proces reprogramiranja vraća ostarjelu ćeliju u mlađe stanje, s fenotipovima koji imaju duže telomere, smanjen oksidativni stres i kompetentnu mitohondrijalnu organizaciju [78,79]. Obično sve stanice koriste brojne mjere kontrole kvalitete kako bi zaštitile normalnu fiziološku funkciju, tako da je moguće da se fenotipski defekti manifestiraju samo kada se zaštitni putevi pokvare. Stoga je stvaranje ostarjelog fenotipa složen zadatak, ali neki noviji podaci ukazuju na mogućnost induciranja ostarjelog fenotipa dodavanjem progerina, skraćenog oblika lamina A koji je povezan s preranim starenjem [80] i inhibicijom telomeraze [81]. Postoje neki problemi kada se koriste neuroni izvedeni iz iPSC-a za modeliranje bolesti i posebno bolesnih stanja povezanih sa starenjem. Uprkos izazovima i potencijalnim zamkama, neuroni izvedeni iz iPSC-a su vrijedan resurs u modeliranju -sinukleinske patologije.

Budući pravci s iPSC modelima patologije -sinukleina

Neuroni izvedeni iz iPSC-a omogućavaju nam da stvorimo 'bolest u posudi', ali i olakšavaju detaljno proučavanje fizioloških puteva u osnovi bolesti in vitro. Agregirane vrste -sinukleina nalaze se u mozgu većine pacijenata sa PB mozga, a iPSC-ovi su moćan alat za proučavanje odnosa između -sinukleina i neurodegeneracije, istražujući fiziološke i patofiziološke uloge -sinukleina. Podaci iz neuronskih iPSC modela specifičnih genetskih mutacija povezanih s PD rastu i pokazuju jaku korelaciju s podacima iz uzoraka ljudskog mozga [9]. Konkretno, u slučaju SNCA mutacija koje prevladavaju u populaciji PD, od ključne je važnosti da iPSC kao model mogu snažno rekapitulirati stanje bolesti. Podaci koji su ovdje pregledani sugeriraju da su iPSC-i zaista odličan model za proučavanje fiziologije i patofiziologije SNCA mutacija.

Tipično, SNCA mutacije rezultiraju stabilizacijom i agregacijom ili fibrilacijom -sinukleina u Lewyjevim tijelima zajedno s drugim proteinima. Jednom kada su ove agregirane vrste prisutne u ćeliji, one stupaju u interakciju sa drugim ćelijskim strukturama kao što su mikrotubule, ometajući aksonalni mitohondrijski transport i na kraju dovodeći do degeneracije sinaptičkih terminala i gubitka ćelije [9,26]. Osim toga, važne mitohondrijalne funkcije su poremećene interakcijom -sinukleinskih oligomera sa ATP sintazama kao što je otvaranje PTP-a, oštećenje disanja i indukcija peroksidacije lipida [53]. Štaviše, -sinuklein agregira interakciju sa proteinima uključenim u mitofagiju i sprečava odgovarajući klirens defektnih mitohondrija unutar ćelije [64]. Interakcije oligomera -sinukleina s metalnim ionima također su sugerirane da induciraju stvaranje slobodnih radikala u neuronima, što dovodi do poremećaja normalne fiziologije stanice, što dovodi do smrti stanice [54]. Većina fenotipova prikazanih neuronima izvedenim iz iPSC-a također se nalazi u ljudskom mozgu, naglašavajući prikladnost iPSC modeliranja ne samo u oponašanju fizioloških i patoloških stanja ćelije, već i njihovu potencijalnu ulogu kao platforme za otkrivanje novih podataka koji bi mogli ranije imati oslanjao se na prikupljanje biopsija mozga od preminulih pacijenata.

Modeliranje bolesti pomoću iPSC-a pružilo je važan dokaz da oštećenja u drugim ćelijskim mehanizmima mogu u nekim slučajevima izazvati agregaciju i akumulaciju -sinukleina. Neuroni izvedeni iz iPSC-a iz pacijenata sa PD koji nose mutacije, u LRRK2 ili parkinu ističu ove interakcije. Na primjer, sugerira se da ubikvitinacija sinfilina-1 u neuronima izvedenim iz iPSC-a koji nose mutacije parkina ima srednju ulogu u indukciji formiranja Lewyjevog tijela [72]. Štaviše, jedan od ključnih mehanizama koji doprinose akumulaciji -sinukleina je defektna autofagija i lizozomska proteoliza, koji igraju vitalnu ulogu u uklanjanju defektnih agregata. Pokazalo se da su ovi procesi kompromitovani u LRRK2-mutiranim neuronima izvedenim iz iPSC-a [68,82]. U svim ovim studijama, neuroni izvedeni iz iPSC-a pokazuju fenotipove koji su usko usklađeni s onima prijavljenim za uzorke ljudskog mozga. Procjena uzroka agregata -sinukleina koji se obično nalaze u mozgu PD je složena i do danas se pokazala neuspješnom.

Herba Cistanche

Dok je definitivna uloga agregacije -sinukleina u patologiji PD još uvijek nejasna, literatura pokazuje vrlo složenu interakciju između ovih agregiranih vrsta s mnogim drugim proteinima unutar stanice, stvarajući kaskadu oštećenja staničnog puta koja favorizira defektnu agregaciju proteina, što u konačnici dovodi do degeneracija. U ovom širokom i zamršenom molekularnom pejzažu, modeli izvedeni iz iPSC-a od pacijenata sa PD mogu pomoći da se identifikuju efekti najčešćih mutacija u ovoj patologiji, budući da su u stanju da imitiraju ćelijske procese mozga PD mozga sa velikom preciznošću. Štaviše, ovaj sistem modeliranja 'bolesti u posudi' može olakšati otkrivanje lijekova visoke propusnosti i istraživanje pristupa ćelijskoj terapiji. Budući rad s tehnologijom CRISPR-Cas9 u kombinaciji s iPSC-ima može revolucionirati pristup sinukleinopatijama kako bi se zamijenile štetne mutacije ili izbrisale multiplikacije iz ključnih gena bolesti [83] ili zapravo modulacija srodnih mehanizama kao što su histoni uključeni u post-translacijske modifikacije [ 84].

Opsežan rad koji je do sada obavljen na višestrukim modelskim sistemima, snažno sugerira da prisustvo agregata -sinukleina, oligomera i fibrila imaju centralnu ulogu u neurodegeneraciji DA povezanoj s PD. Sa poboljšanom osnovom platforme relevantne za bolesti koja koristi iPSC i brzim rastom našeg razumijevanja stanja bolesti, budućnost izgleda svijetla za terapije koje mogu ciljati na sinukleinopatije.

Reference

1. Tsuiji, H. i Yamanaka, K. (2014) Životinjski modeli za neurodegenerativne poremećaje. Biotehnologija životinja, str. 39–56, Elsevier,

2. Bourdenx, M., Koulakiotis, NS, Sanoudou, D., Bezard, E., Dehay, B. i Tsarbopoulos, A. (2017) Agregacija proteina i neurodegeneracija u prototipskim neurodegenerativnim bolestima: primjeri amiloidopatija i sinukleinopatija, . Prog. Neurobiol. 155, 171–193,

3. Madabhushi, R., Pan, L. i Tsai, L.-H. (2014) Oštećenje DNK i njegove veze s neurodegeneracijom. Neuron 83, 266–282,

4. Rekatsina, M., Paladini, A., Piroli, A., Zis, P., Pergolizzi, JV i Varrassi, G. (2020) Patofiziologija i terapijske perspektive oksidativnog stresa i neurodegenerativnih bolesti: narativni pregled. Adv. Ther. 37, 113–139,

5. Kovacs, GG (2016) Molekularna patološka klasifikacija neurodegenerativnih bolesti: okretanje ka preciznoj medicini. Int. J. Mol. Sci. 17,

6. Kovacs, GG (2017) Pojmovi i klasifikacija neurodegenerativnih bolesti. Handb. Clin. Neurol. 145, 301–307,

7. Kiely, AP, Asi, YT, Kara, E., Limousin, P., Ling, H., Lewis, P., et al. (2013) -Sinukleinopatija povezana sa G51D SNCA mutacijom: veza između Parkinsonove bolesti i višestruke sistemske atrofije? 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 uzrokuje Parkinsonovu i Lewyjevu demenciju. Ann. Neurol. 55, 164–173,

9. Prots, I., Grosch, J., Brazdis, R.-M., Simmnacher, K., Veber, V., Havlicek, S. et al. (2018) -Oligomeri sinukleina izazivaju ranu aksonalnu disfunkciju u ljudskim modelima sinukleinopatija zasnovanim na iPSC-u. Proc. Natl. Akad. Sci. USA 115, 7813–7818,

10. McCann, H., Stevens, CH, Cartwright, H. i Halliday, GM (2014) - Fenotipovi sinukleinopatije. Parkinsonizam Relat. Disord. 20, S62–S67,

11. Takahashi, K., Tanabe, K., Ohnuki, M., Narita, M., Ichisaka, T., Tomoda, K. et al. (2007) Indukcija pluripotentnih matičnih ćelija iz fibroblasta odraslih ljudi definisanim faktorima. Ćelija 131, 861–872,

12. Vogel, G. (2010) Matične ćelije. Bolesti u posudi uzleću. Science 330, 1172–1173,

13. Avazzadeh, S., Baena, JM, Keighron, C., Feller-Sanchez, Y. i Quinlan, LR (2021) Modeliranje Parkinsonove bolesti: iPSCs ka boljem razumijevanju ljudske 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) Efikasno stvaranje A9 dopaminergičkih neurona srednjeg mozga putem lentivirusne isporuke LMX1A u ljudskim embrionalnim matičnim ćelijama i induciranim pluripotentnim matičnim ćelijama. Hum. Gene Ther. 23, 56–69,

15. Chambers, SM, Fasano, CA, Papapetrou, EP, Tomishima, M., Sadelain, M. i Studer, L. (2009) Visoko efikasna neuronska konverzija ljudskih ES i iPS ćelija dvostrukom inhibicijom SMAD signalizacije. Nat. Biotechnol. 27, 275–280,

16. Kriks, S., Shim, J.-W., Piao, J., Ganat, YM, Wakeman, DR, Xie, Z. et al. (2011) Dopaminski neuroni izvedeni iz ljudskih ES ćelija efikasno se ugrađuju u životinjske modele Parkinsonove bolesti. Nature 480, 547–551,

17. Theka, I., Caiazzo, M., Dvoretskova, E., Leo, D., Ungaro, F., Curreli, S. et al. (2013) Brzo stvaranje funkcionalnih dopaminergičkih neurona iz humanih indukovanih pluripotentnih matičnih ćelija kroz proceduru u jednom koraku koristeći transkripcione faktore ćelijske loze. Matične ćelije Transl. Med. 2, 473–479,

18. Wang, M., Ling, K.-H., Tan, JJ i Lu, C.-B. (2020) Razvoj i diferencijacija dopaminergičkog neurona srednjeg mozga: od klupe do kreveta. ćelije 9,

19. Marton, RM i Ioannidis, JPA (2019) Sveobuhvatna analiza protokola za izvođenje dopaminergičkih neurona iz ljudskih pluripotentnih matičnih ćelija. Matične ćelije Transl. Med. 8, 366–374,

20. Maroteaux, L., Campanelli, JT i Scheller, RH (1988) Synuclein: neuron-specifičan protein lokaliziran na jezgru i presinaptički nervni terminal. J. Neurosci. 8, 2804–2815,

21. Uversky, VN, Li, J. i Fink, AL (2001) Dokazi za djelomično presavijeni intermedijer u formiranju alfa-sinukleinskih fibrila. J. Biol. Chem. 276, 10737–10744,

22. Theillet, F.-X., Binolfifi, A., Bekei, B., Martorana, A., Rose, HM, Stuiver, M. et al. (2016) Strukturni poremećaj monomernog -sinukleina perzistira u ćelijama sisara. Priroda 530, 45–50,

23. Buell, AK, Galvagnion, C., Gaspar, R., Sparr, E., Vendruscolo, M., Knowles, TPJ et al. (2014) Uslovi rastvora određuju relativni značaj procesa nukleacije i rasta u agregaciji -sinukleina. Proc. Natl. Akad. Sci. USA 111, 7671–7676,

24. Rovere, M., Sanderson, JB, Fonseca-Ornelas, L., Patel, DS i Bartels, T. (2018) Ponovno savijanje spiralnog rastvorljivog -sinukleina kroz prolaznu interakciju sa lipidnim interfejsima. FEBS Lett. 592, 1464–1472,

25. Moons, R., Konijnenberg, A., Mensch, C., Van Elzen, R., Johannessen, C., Maudsley, S. et al. (2020) Metalni joni u obliku -sinuklein. Sci. Rep. 10, 16293,

26. Bertoncini, CW, Fernandez, CO, Griesinger, C., Jovin, TM i Zweckstetter, M. (2005) Porodični mutanti alfa-sinukleina sa povećanom neurotoksičnošću imaju destabiliziranu konformaciju. J. Biol. Chem. 280, 30649–30652,

27. Winner, B., Jappelli, R., Maji, SK, Desplats, PA, Boyer, L., Aigner, S. et al. (2011) In vivo demonstracija da su oligomeri alfa-sinukleina toksični. Proc. Natl. Akad. Sci. USA 108, 4194–4199,

28. Polymeropoulos, MH, Lavedan, C., Leroy, E., Ide, SE, Dehejia, A., Dutra, A. et al. (1997) Mutacija alfa-sinukleinskog gena identifikovana u porodicama sa Parkinsonovom bolešću. Nauka 276, 2045–2047,

29. Lashuel, HA, Overk, CR, Oueslati, A. i Masliah, E. (2013) Mnoga lica -sinukleina: od strukture i toksičnosti do terapeutskog cilja. Nat. Rev. Neurosci. 14, 38–48,

30. Cabin, DE, Shimazu, K., Murphy, D., Cole, NB, Gottschalk, W., McIlwain, KL et al. (2002) Smanjenje sinaptičkih vezikula korelira sa oslabljenim sinaptičkim odgovorima na produženu ponavljajuću stimulaciju kod miševa kojima nedostaje alfa-sinuklein. J. Neurosci. 22, 8797–8807,

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

32. Miraglia, F., Ricci, A., Rota, L. i Colla, E. (2018) Subcelularna lokalizacija agregata alfa-sinukleina i njihova interakcija s membranama. Neural Regen. Res. 13, 1136–1144,

33. Carnwath, T., Mohammed, R. i Tsiang, D. (2018) Direktni i indirektni efekti -sinukleina na stabilnost mikrotubula u patogenezi Parkinsonove bolesti. Neuropsychiatr. Dis. Treat. 14, 1685–1695,

34. Wersinger, C. i Sidhu, A. (2003) Slabljenje aktivnosti transportera dopamina pomoću -sinukleina. Neurosci. Lett. 340, 189–192,

35. Lee, FJ, Liu, F., Pristupa, ZB i Niznik, HB (2001) Direktno vezivanje i funkcionalno spajanje alfa-sinukleina na transportere dopamina ubrzavaju dopaminom indukovanu apoptozu. 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 stupa u interakciju sa izozimima fosfolipaze D i inhibira pervanadatom indukovanu aktivaciju fosfolipaze D u ljudskim embrionalnim bubrežnim-293 ćelijama. J. Biol. Chem. 277, 12334–12342,

37. Gorbatyuk, OS, Li, S., Nguyen, FN, Manfredsson, FP, Kondrikova, G., Sullivan, LF et al. (2010) - Ekspresija sinukleina u supstanciji nigra štakora potiskuje toksičnost fosfolipaze D2 i nigralnu neurodegeneraciju. Mol. Ther. 18, 1758–1768,

38. Ferreira, SA i Romero-Ramos, M. (2018) Odgovor mikroglije tokom Parkinsonove bolesti: alfa-sinukleinska intervencija. Front. Cell. Neurosci. 12, 247,

39. Grozdanov, V. i Danzer, KM (2020) Intracelularni alfa-sinuklein i funkcija imunoloških ćelija. Front. Cell Dev. Biol. 8, 562692,

40. Devine, MJ, Ryten, M., Vodicka, P., Thomson, AJ, Burdon, T., Holden, H. et al. (2011) Parkinsonova bolest inducira pluripotentne matične ćelije sa triplikacijom -sinukleinskog lokusa. Nat. Commun. 2, 440,

41. Ryan, SD, Dolatabadi, N., Chan, SF, Zhang, X., Akhtar, MW, Parker, J. et al. (2013) Izogeni ljudski iPSC Parkinsonov model pokazuje disfunkciju izazvanu nitrozativnim stresom u MEF2-PGC1 transkripciji. ćelija 155, 1351–1364,

42. Barbuti, P., Antony, P., Santos, B., Massart, F., Cruciani, G., Dording, C. et al. (2020) Korištenje skrininga visokog sadržaja za generiranje jednoćelijskih gensko korigiranih iPS klonova od pacijenata, otkriva višak alfa-sinukleina s porodičnom tačkom mutacije Parkinsonove bolesti A30P. ćelije 9,

43. Deng, H. i Yuan, L. (2014) Genetske varijante i životinjski modeli u SNCA i Parkinsonovoj bolesti. Aging Res. Rev. 15, 161–176,

44. Kasten, M. i Klein, C. (2013) Mnoga lica alfa-sinukleinskih mutacija. pon. Disord. 28, 697–701,

45. Singleton, AB, Farrer, M., Johnson, J., Singleton, A., Hague, S., Kachergus, J. et al. (2003) Triplikacija alfa-sinukleinskog lokusa uzrokuje Parkinsonovu bolest. Nauka 302, 841,

46. ​​Oliveira, LMA, Falomir-Lockhart, LJ, Botelho, MG, Lin, KH, Wales, P., Koch, JC et al. (2015) Povišeni -sinuklein uzrokovan triplikacijom SNCA gena narušava diferencijaciju i sazrijevanje neurona u pluripotentnim matičnim stanicama izazvanim Parkinsonovim pacijentima. Cell Death Dis. 6, e1994,

47. Lin, L., G¨oke, J., Cukuroglu, E., Dranias, MR, VanDongen, AMJ i Stanton, LW (2016) Molekularne karakteristike u osnovi neurodegeneracije identificirane in vitro modeliranjem genetski raznolikih pacijenata sa Parkinsonovom bolešću. Cell Rep. 15, 2411–2426,

48. Tagliafifierro, L., Zamora, ME i Chiba-Falek, O. (2019.) Umnožavanje SNCA lokusa pogoršava nuklearno starenje neurona. 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 nesavijeni proteinski odgovor kod Parkinsonove bolesti SNCA triplikacija neurona izvedenih iz iPSC-a. 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 za hromatin uzrokuje prekide lanaca u neuronskim genomima in vitro modelima Parkinsonove bolesti. J. Alchajmerova bolest. 60, S133–S150,

51. Brazdis, R.-M., Alecu, JE, Marsch, D., Dahms, A., Simmnacher, K., L¨orentz, S. et al. (2020) Demonstracija neuronske ranjivosti specifične za regiju mozga u ljudskom modelu porodične Parkinsonove bolesti zasnovanom na iPSC-u. Hum. Mol. Genet. 29, 1180–1191,

52. Flierl, A., Oliveira, LMA, Falomir-Lockhart, LJ, Mak, SK, Hesley, J., Soldner, F. et al. (2014) Veća ranjivost i osjetljivost na stres neuronskih prekursorskih stanica koje nose alfa-sinuklein gen triplikacije. PLoS ONE 9, e112413,

53. Ludtmann, MHR, Angelova, PR, Horrocks, MH, Choi, ML, Rodrigues, M., Baev, AY et al. (2018) -sinukleinski oligomeri stupaju u interakciju sa ATP sintazom i otvaraju prelazne pore permeabilnosti kod Parkinsonove bolesti. Nat Commun. 9, 2293,

54. Deas, E., Cremades, N., Angelova, PR, Ludtmann, MHR, Yao, Z., Chen, S. et al. (2016) Oligomeri alfa-sinukleina u interakciji s metalnim ionima izazivaju oksidativni stres i neuronsku smrt kod Parkinsonove bolesti. 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 Parkinsonov pacijent DA neuroni izvedeni iz iPSC-a akumuliraju -sinuklein i podložni su oksidativnom stresu. PLOS ONE 6, e26159,

56. Zygogianni, O., Antoniou, N., Kalomoiri, M., Kouroupi, G., Taoufifik, E. i Matsas, R. (2019) In vivo fenotipizacija porodične Parkinsonove bolesti s humanim induciranim pluripotentnim matičnim ćelijama: dokaz -koncept studija. Neurochem. Res. 44, 1475–1493,

57. Conway, KA, Harper, JD i Lansbury, PT (1998) Ubrzano in vitro formiranje fibrila mutiranim alfa-sinukleinom povezanim s ranom pojavom Parkinsonove bolesti. Nat. Med. 4, 1318–1320,

58. Khurana, V., Peng, J., Chung, CY, Auluck, PK, Fanning, S., Tardiff, DF et al. (2017) Mreže na nivou genoma povezuju gene neurodegenerativne bolesti sa -sinukleinom kroz specifične molekularne puteve. Cell Syst. 4, 157.e14–170.e14,

59. Dettmer, U., Newman, AJ, Soldner, F., Luth, ES, Kim, NC, von Saucken, VE et al. (2015) Mutacije misense sinukleina koje uzrokuju Parkinsona pomjeraju prirodne tetramere u monomere kao mehanizam za inicijaciju bolesti. Nat. Commun. 6, 7314,

60. Zambon, F., Cherubini, M., Fernandes, HJR, Lang, C., Ryan, BJ, Volpato, V. et al. (2019) Patologija staničnih sinukleina povezana je s bioenergetskom disfunkcijom u dopaminskim neuronima koji potiču od Parkinsonove iPSC. Hum. Mol. Genet. 28, 2001–2013,

61. Cuddy, LK, Wani, WY, Morella, ML, Pitcairn, C., Tsutsumi, K., Fredriksen, K. et al. (2019) Stresom izazvan ćelijski klirens posredovan je SNARE proteinom ykt6 i poremećen -sinukleinom. Neuron 104, 869.e11–884.e11,

62. Kouroupi, G., Taoufifik, E., Vlachos, IS, Tsioras, K., Antoniou, N., Papastefanaki, F. et al. (2017) Defektna sinaptička povezanost i aksonalna neuropatologija u modelu porodične Parkinsonove bolesti zasnovanom na humanom iPSC-u. Proc. Natl. Akad. Sci. SAD 114, E3679–E3688,

63. Stykel, MG, Humphries, K., Kirby, MP, Czaniecki, C., Wang, T., Ryan, T. et al. (2018) Nitracija mikrotubula blokira aksonski mitohondrijski transport u modelu ljudske pluripotentne matične ćelije Parkinsonove bolesti. FASEB J. 32, 5350–5364,

64. Shaltouki, A., Hsieh, C.-H., Kim, MJ i Wang, X. (2018) Alfa-sinuklein odgađa mitofagiju i ciljanje Miroa spašava gubitak neurona u modelima Parkinsonove bolesti. Acta Neuropathol. 136, 607–620,

65. Nguyen, HN, Byers, B., Cord, B., Shcheglovitov, A., Byrne, J., Gujar, P. et al. (2011) LRRK2 mutantni iPSC-izvedeni DA neuroni pokazuju povećanu osjetljivost na oksidativni stres. Cell Stem Cell 8, 267–280,

66. Bieri, G., Brahić, M., Bousset, L., Couthouis, J., Kramer, NJ, Ma, R. et al. (2019) LRRK2 modificira -syn patologiju i širenje u modelima miša i ljudskim neuronima. Acta Neuropathol. 137, 961–980,

67. Kim, H., Park, HJ, Choi, H., Chang, Y., Park, H., Shin, J. et al. (2019) Modeliranje G2019S-LRRK2 sporadične Parkinsonove bolesti u 3D organoidima srednjeg mozga. Matična ćelija Rep. 12, 518–531,

68. Reinhardt, P., Schmid, B., Burbulla, LF, Sch ¨ondorf, DC, Wagner, L., Glatza, M. et al. (2013) Genetička korekcija mutacije LRRK2 u humanim iPSC-ima povezuje parkinsonovu neurodegeneraciju sa promjenama u ekspresiji gena ovisnim o ERK. Cell Stem Cell. 12, 354–367,

69. Schiesling, C., Kieper, N., Seidel, K. i Kr¨uger, R. (2008) Pregled: Porodična Parkinsonova bolest – genetika, klinički fenotip i neuropatologija o uobičajenom sporadičnom obliku bolesti. Neuropathol. Appl. Neurobiol. 34, 255–271,

70. Shaltouki, A., Sivapatham, R., Pei, Y., Gerencser, AA, Momˇcilovi ´c, O., Rao, MS et al. (2015) Mitohondrijalne alteracije od strane PARKIN-a u dopaminergičkim neuronima koristeći PARK2 specifične za pacijente i PARK2 nokaut izogene iPSC linije. Matična ćelija Rep. 4, 847–859,

71. Imaizumi, Y., Okada, Y., Akamatsu, W., Koike, M., Kuzumaki, N., Hayakawa, H. et al. (2012) Mitohondrijska disfunkcija povezana s povećanim oksidativnim stresom i akumulacijom -sinukleina u neuronima izvedenim iz PARK2 iPSC i postmortem moždanom tkivu. Mol. Mozak 5, 35,

72. Chung, KK, Zhang, Y., Lim, KL, Tanaka, Y., Huang, H., Gao, J., et al. (2001) Parkin ubikvitinira protein koji interaguje sa alfa-sinukleinom, sinfilin-1: implikacije za formiranje Lewyjevih tijela kod Parkinsonove bolesti. Nat. Med. 7, 1144–1150,

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

74. Papapetrou, EP i Sadelain, M. (2011) Generiranje pluripotentnih matičnih ćelija bez transgena indukovanih humanim pluripotentnim matičnim ćelijama sa eksciznim pojedinačnim policistronskim vektorom. Nat. Protoc. 6, 1251–1273,

75. Narsinh, KH, Jia, F., Robbins, RC, Kay, MA, Longaker, MT i Wu, JC (2011) Generacija pluripotentnih matičnih ćelija odraslih ljudi indukovanih pomoću nevirusnih minikružnih DNK vektora. Nat. Protoc. 6, 78–88,

76. Kim, K., Zhao, R., Doi, A., Ng, K., Unternaehrer, J., Cahan, P. et al. (2011) Tip ćelije donora može uticati na epigenom i potencijal diferencijacije pluripotentnih matičnih ćelija izazvanih ljudima. Nat. Biotechnol. 29, 1117–1119,

77. Nishino, K., Toyoda, M., Yamazaki-Inoue, M., Fukawatase, Y., Chikazawa, E., Sakaguchi, H. et al. (2011) Dinamika metilacije DNK u ljudskim induciranim pluripotentnim matičnim ćelijama tokom vremena. PLoS Genet. 7, e1002085,

78. Yehezkel, S., Rebibo-Sabbah, A., Segev, Y., Zuckerman, M., Shaked, R., Huber, I. et al. (2011) Reprogramiranje telomernih regiona tokom generisanja humanih indukovanih pluripotentnih matičnih ćelija i naknadna diferencijacija u derivate slične fibroblastima. Epigenetika 6, 63–75,

79. Rohani, L., Johnson, AA, Arnold, A. i Stolzing, A. (2014) Oznaka starenja: zaštitni znak indukovanih pluripotentnih matičnih ćelija? Starenje ćelije 13, 2–7,

80. Miller, JD, Ganat, YM, Kishinevsky, S., Bowman, RL, Liu, B., Tu, EY et al. (2013) Ljudsko iPSC-bazirano modeliranje kasnog početka bolesti putem starenja izazvanog progerinom. Cell Stem Cell 13, 691–705,

81. Vera, E., Bosco, N. i Studer, L. (2016) Generiranje modela bolesti zasnovanih na humanom iPSC-u s kasnim početkom induciranjem neuronskih fenotipova povezanih sa starenjem putem manipulacije telomerazom. 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) Fenotipovi specifični za bolest u dopaminskim neuronima iz ljudskih iPS-baziranih modela genetske i sporadične Parkinsonove bolesti. EMBO Mol. Med. 4, 380–395,

83. Safari, F., Hatam, G., Behbahani, AB, Rezaei, V., Barekati-Mowahed, M., Petramfar, P. et al. (2020) CRISPR sistem: skup alata visoke propusnosti za istraživanje i liječenje Parkinsonove bolesti. Cell. Mol. Neurobiol. 40, 477–493, h

84. Guhathakurta, S., Kim, J., Adams, L., Basu, S., Song, MK, Adler, E. et al. (2021) Ciljano slabljenje povišenih histonskih oznaka kod SNCA ublažava -sinuklein kod Parkinsonove bolesti. EMBO Mol. Med. 13, e12188,

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

1. Medicinski fakultet za fiziologiju, Nacionalni univerzitet Irske Galway, Galway, Irska;

2. C ´ URAM SFI Centar za istraživanje medicinskih uređaja, Nacionalni univerzitet Irske Galway, Galway, Irska