Sünukleiini patogeenne mehhanism Parkinsoni tõve HiPSC mudelis

Abstraktne

-sünukleiin on mitmesuguste neurodegeneratiivsete seisundite patoloogias üha olulisem osa. Parkinsoni tõbi (PD) on neurodegeneratiivne haigus, mis mõjutab peamiselt aju substantia nigra dopamiinergilisi (DA) neuroneid. PD-patoloogiale on tüüpiline valgu agregatsioonide leidmine, mida nimetatakse "Lewy kehadeks" mõjutatud ajupiirkondades. -sünukleiin on seotud paljude haigusseisunditega, sealhulgas Lewy kehadega dementsusega (DLB) ja Alzheimeri tõvega. Siiski on PD kõige levinum sünukleinopaatia ja see on jätkuvalt PD-uuringute oluline keskpunkt sünukleiini Lewy kehapatoloogia osas. Mitmete geenide mutatsioonid on seotud PD arenguga, sealhulgas SNCA, mis kodeerib -sünukleiini. Sünukleiini füsioloogia ja patofüsioloogia uurimiseks on kasutatud mitmesuguseid mudelsüsteeme, et püüda PD patoloogiaga tihedamalt seostada. Need mudelid hõlmavad raku- ja loomasüsteeme, mis uurivad transgeenseid tehnoloogiaid, viirusvektori ekspressiooni, knockdowni lähenemisviise ja mudeleid sünukleiini potentsiaalsete prioonvalgulaadsete mõjude uurimiseks. Käesolev ülevaade keskendub inimese indutseeritud pluripotentsete tüvirakkude (iPSC) mudelitele, keskendudes konkreetselt SNCA geeni mutatsioonidele või paljunemisele. iPSC-d on kiiresti arenev tehnoloogia, mis on normaalse füsioloogia ja haiguste modelleerimise in vitro uurimisel tohutult paljutõotav. Võimalus säilitada patsiendi geneetilist tausta ja replitseerida sarnaseid raku fenotüüpe muudab iPSC-d võimsaks vahendiks neuroloogiliste haiguste uurimisel. See ülevaade keskendub praegustele teadmistele sünukleiini füsioloogilise funktsiooni kohta ning selle rollile inimese iPSC mudelitel põhinevas PD patogeneesis.

Märksõnad

-sünukleiini patogenees; hiPSC mudelid; Parkinsoni tõbi; Neurodegeneratiivsed haigused;Cistanche eelised.

Ostmiseks klõpsake siinCistanche toidulisandid

Sissejuhatus

Neurodegeneratiivsed haigused on progresseeruvate häirete rühm, mida iseloomustab närvirakkude surm, välja arvatud seisundid, mis on peamiselt seotud isheemia, infektsiooni või pahaloomulise kasvajaga [1]. Neurodegeneratiivsed seisundid on inimeste kõige levinumad vanusega seotud häired, mis muutuvad üha levinumaks ja mõjutavad miljoneid inimesi kogu maailmas. Vaatamata märkimisväärsetele teaduslikele ja kliinilistele uuringutele puuduvad tõhusad ravimeetodid. Seega on ülimalt oluline ületada lüngad meie arusaamises neurodegeneratsiooni aluseks olevatest füsioloogilistest ja patoloogilistest protsessidest, et hõlbustada sihipäraste ja tõhusate ravistrateegiate väljatöötamist. Viimase 25 aasta jooksul on tuvastatud palju rakulisi ja molekulaarseid mehhanisme, mis on seotud neuronite degeneratsiooniga, millest kõige olulisemad on valkude agregaatide ladestumine [2], mitokondriaalse DNA mutatsioonid [3] ja oksüdatiivne stress [4]. Füsioloogiliste valkude ebanormaalsete agregaatide moodustumine on pälvinud suurt huvi ja seda peetakse paljude neurodegeneratiivsete haiguste peamiseks tunnuseks, mis on nüüd rühmitatud nn proteinopaatiateks [5]. Neurodegeneratiivsed proteinopaatiad kujutavad endast haiguste rühma, mis on määratletud normaalse valgu, millel on oluline normaalne füsioloogiline funktsioon, sobimatu agregatsiooni, ladestumise ja/või kuhjumisega. Proteinopaatiad klassifitseeritakse nendes ladestustes leiduva peamise valgu alusel, seega sisaldavad tauopaatiad valdavalt τ valku ja TDP-43 proteinopaatiad TDP-43 [6]. -sünukleiin on selle neurodegeneratiivsete haigustega seotud valkude rühma võtmeliige.

On näidatud, et sünukleiin mängib võtmerolli mitmesuguste neurodegeneratiivsete seisundite patoloogias, mis on rühmitatud sünukleinopaatiatena. -sünukleiini kodeerib SNCA geen, mis asub kromosoomis 4 (4q21.3-22) ja selle geeni mutatsioonid näitavad autosomaalset domineerivat pärilikkusmustrit. On näidatud, et selle geeni mutatsioonid põhjustavad sünukleiini akumulatsiooni ja agregatsiooni, mis esineb paljude neurodegeneratiivsete seisundite korral [7–9]. Sellesse rühma kuuluvad tuntud haigused, nagu Parkinsoni tõbi (PD), Lewy kehadega dementsus (DLB) ja multisüsteemne atroofia (MSA), aga ka vähem levinud patoloogiad, nagu neuroaksonaalsed düstroofiad, puhas autonoomne puudulikkus (PAF). või REM-une käitumishäire [10].

Praegu on sünukleinopaatiate uurimisel abiks lai valik mudelsüsteeme. Loommudelid annavad väärtuslikku teavet neuronaalsete muutustega seotud käitumismuutuste kohta, kuid liikide erinevused takistavad inimesele tõlgitavate haigusspetsiifiliste fenotüüpide saamist. Rakumudelite eeliseks on see, et nad võimaldavad patoloogial kiiresti areneda, on kulutõhusad ja hõlpsamini geneetiliselt manipuleeritavad, tekitades huvi, eriti molekulaar- ja rakuuuringutes. Viimase 14 aasta jooksul on indutseeritud pluripotentsete tüvirakkude (iPSC) tehnoloogia esilekerkimine oluliselt edendanud meie arusaamist haiguse patsiendispetsiifilistest molekulaarsetest mehhanismidest, samuti potentsiaalsete uute ravimite väljatöötamist ja ravimite sõeluuringut. See tehnoloogia põhineb võimel ümber programmeerida haigusspetsiifilisi patsiendi fibroblaste, sundides ekspresseerima spetsiifilisi transkriptsioonifaktoreid (kõige sagedamini Oct4, Sox2, cMyc ja Klf4), mille tulemuseks on pluripotentse olek. Seejärel diferentseeritakse need pluripotentsed rakud spetsiifilisteks huvipakkuvateks somaatilisteks küpseteks rakkudeks [11]. Seda tüüpi lähenemist tuntakse üldiselt kui "haigus roas" modelleerimist [12] (joonis 1). Selle metoodika eeliseks on patsiendi täieliku geneetilise tausta säilitamine ja see võimaldab uurida teatud võtmemutatsioonide mõju patofüsioloogiale, võimaldades iseloomustada võtmetähtsusega rakumutatsioonidel põhinevaid fenotüüpe sellistes keerulistes haigustes nagu PD [13].

Dopamiinergilised (DA) neuronid on peamine rakutüüp, mida kasutatakse PD neurodegeneratsiooni uurimiseks, kasutades mitmeid erinevaid protokolle. Enamik protokolle hõlmab LMX1A sunnitud ekspressiooni, mis kodeerib ventraalse keskaju identiteedi jaoks kriitilist transkriptsioonifaktorit, kasutades kahekordse SMAD-i inhibeerimise lähenemisviisi. See protsess põhineb ühendite Noggin ja SB431542 kasutamisel, mis toimivad signaalimuunduri valguperekonna SMAD (akronüüm Caenorhabditis elegans SMA geenide ja Drosophila MAD, Mothers against decapentaplegic) liitumisest, mis on peamised regulaatorid. rakkude kasv [14–16]. Viimasel ajal võib diferentseerumist suunata tegurite ASCL1, NURR1 ja LMX1A sunnitud üleekspressioon [17]. PD patsiendi rakkude ümberprogrammeerimist ja diferentseerumist DA neuroniteks on mujal põhjalikult läbi vaadatud [18, 19].

Tunnistades väärtuslikku teavet, mida iPSC mudelid pakuvad, ja sünukleiini tähtsust neurodegeneratsioonis, keskendub käesolev ülevaade teadmistele, mis on saadud iPSC mudelisüsteemides SNCA mutatsioonide uurimisel, sünukleiini agregatsiooni ja toksilisuse uurimisel. Selles kontekstis arutatakse mõningaid asjakohaseid küsimusi: kas SNCA geeni mutatsioonid on ainsaks sünukleiini agregatsiooni algatajaks? Milline on SNCA mutatsioonide patogeenne toime, mis erineb -sünukleiini agregatsioonist?

-sünukleiin: struktuur ja normaalne füsioloogiline funktsioon

Säilinud kirjanduse põhjal on -sünukleiin 14-kDa valk, mida ekspresseeritakse kõikjal aju presünaptilistes otstes, peamiselt ergastavates neuronites, millest teatati esmakordselt 1988. aastal [20]. Sünukleiini valgu loomulik struktuur on endiselt arutelu allikas, kuid seda peetakse normaalsetes füsioloogilistes tingimustes natiivselt voldimata valguks [21, 22]. Seega võib selle struktuur varieeruda sõltuvalt muutustest kohalikus keskkonnas [23], kus see võib interakteeruda lipiidide [24] või metallidega [25]. Arvatakse, et sünukleiini struktuuri muutused on seotud selle patoloogilise vale voltimise ja agregatsiooniga, mida tavaliselt esineb sünukleinopaatiate korral [26]. Näiteks on täheldatud, et mutatsioonide nagu E35K ja E57K poolt indutseeritud sünukleiini oligomeeride moodustumine mõjutab rakumembraani läbilaskvust ja terviklikkust, soodustades raku surma [27]. Kuigi paljud tegurid võivad kaasa aidata ebanormaalsele sünukleiini tootmisele ja agregatsioonile, on üks peamisi tegureid sünukleiini kodeeriva SNCA geeni mutatsioonid ja see geen oli esimene mutatsioon, millest teatati autosoom-dominantse PD [28] puhul, mis on hiljem seotud DLB-ga [28]. 8]. -sünukleiini täpne füsioloogiline funktsioon on siiani teadmata, kuid on tuvastatud mitmesugused sünaptilise funktsiooniga seotud rollid. Nende funktsioonide hulka kuuluvad vesiikulite rühmitamine, ringlussevõtt ja sünaptiliste vesiikulite reservfondi säilitamine [29, 30]. Lisaks on näidatud, et -sünukleiin soodustab SNARE kompleksi moodustumist, mis suurendab neurotransmitterite vabanemist [31]. Lisaks osaleb see ka rakusisese inimkaubanduse reguleerimises interaktsiooni kaudu mitme Rab GTPaasi perekonna liikmega [32], samuti mikrotuubulite tuuma moodustumise ja kasvukiirusega [33]. Teised PD ajude andmetel põhinevad uuringud näitavad, et sünukleiin võib samuti reguleerida dopamiini taset, mõjutades DAT aktiivsust [34]. Suurenenud dopamiini tase võib oksüdatiivse stressi tagajärjel põhjustada rakukahjustusi [35]. Hiljuti on näidatud, et -sünukleiin inhibeerib fosfolipaasi D (PLD), mis vastutab fosfatidüülkoliini muundumise eest fosfatiidhappeks, moduleerides neuronaalseid protsesse, nagu kasv, diferentseerumine ja neurotransmitterite vabanemine ning DA neurodegeneratsioon [36,37]. Samuti on teatatud, et sünukleiin mängib rolli neuropõletikus, käivitades immuunvastuse. Ekstratsellulaarne sünukleiin võib käivitada immuunrakkude aktivatsiooni ja proliferatsiooni, tsütokiinide sekretsiooni ja fagotsütoosi [38,39].

-sünukleiini fenotüüp SNCA-mutatsiooniga iPSC-st tuletatud mudelites

iPSC-d pakuvad teiste mudelisüsteemide ees mitmeid eeliseid, kuna neil on piiramatu hulk kliiniliselt olulisi inimpäritolu fenotüüpseid rakke, säilitades samal ajal patsiendi algsed genoomilised omadused, sealhulgas geenimutatsioonid või kromosoomide kõrvalekalded. Peamised geneetilise PD-ga seotud SNCA variandid, sealhulgas triplikatsioonid/duplikatsioonid [40] ja missense point mutatsioonid, nagu A53T [41], A30T [42] või E46K [9], on modelleeritud iPSC-des. Triplikatsioonide või A53T SNCA mutatsioonide suure levimuse tõttu PD-patsientidel on valdav enamus senistest iPSC mudelitest keskendunud nendele kahele mutatsioonitüübile ja nende iseloomulikud fenotüübid on kokku võetud joonisel 2.

SNCA triplikatsiooni iPSC mudelid

SNCA geeni paljunemist seostatakse PD noorema algusega ja sümptomite suurenenud raskusastmega. SNCA kolmekordistumise tulemuseks on SNCA geeni lisakoopiate teke ja metsiktüüpi -sünukleiini üleekspressioon, mis põhjustab toksiliste agregaatide moodustumist ja laialt levinud neuronaalseid kahjustusi [43], mis viitab -sünukleiini annusest sõltuvale toimele haiguse põhjuslikkuses. SNCA kolmikkandjatel on raskem fenotüüp ja haigus progresseerub kiiremini kui dubleerivatel kandjatel ning paljudel juhtudel on neil täiendavaid motoorseid tunnuseid [44]. PD-patsientide aju neuropatoloogiline uuring SNCA kolmekordistamisega näitab substantia nigra tõsist degeneratsiooni, märkimisväärset neuronite kadu ja vakuolatsiooni ajalises ajukoores, samuti Lewy keha laialdast kuhjumist [45]. Seda patoloogiat peegeldavad iPSC-st tuletatud DA-neuronid, millel on SNCA triplikatsioon, millel on suurenenud -sünukleiini mRNA tase, mille tulemuseks on valgu ekspressiooni ebanormaalne ja kõrgem tase [46]. Lisaks näitavad seda mutatsiooni sisaldavad iPSC-st pärinevad neuronid kõrgemat sünukleiini fosforüülimise taset, mida tavaliselt leidub PD ajus [47], samuti sünukleiini agregaatide ja Lewy kehade ebanormaalset suurenemist [9, 48].

iPSC mudelid hakkavad nüüd pakkuma täiendavat teavet ka SNCA kolmekordistustega seotud molekulaarsete radade kohta. Endoplasmaatilise retikulumi (ER) stress ja voltimata valguvastuse (UPR) aktiveerimine on leitud olevat aktiveeritud iPSC-st pärinevates neuronites, mis sisaldavad SNCA kolmekordistamist [49]. See näitab ER-i otsustavat rolli ebanormaalsete valguagregaatide kõrvaldamisel rakus, mis põhjustab ER-i stressi ja sellega seotud UPR-i, kui ER-i maht on ületatud.

SNCA kolmekordistumine mõjutab normaalseid neuronaalseid protsesse ja iPSC mudelid on näidanud, et SNCA kolmekordistumine muudab neuronite diferentseerumist ja küpsemist. SNCA kolmekordne iPSC-st tuletatud neuronid ei suuda genereerida tüüpilist keerulist neuronivõrku, säilitades oma proliferatsioonivõime ja näidates peeneid muutusi diferentseerumisvõimes. Neid muutusi toetavad veelgi diferentseerumisega seotud geenide, nagu DLK, GABABR2 ja NURR1, märgatav vähenemine ning neuriitide väljakasvu pikkuse vähenemine [46, 47]. Need andmed viitavad regeneratiivse võime kadumisele, mis võib neuronite kadu veelgi süvendada PD patsientidel.

Kuigi -sünukleiin paikneb valdavalt presünaptilistes närvilõpmetes, leidub väike osa ka raku tuumades. SNCA triplikatsiooniga iPSC neuronid näitavad genoomi struktuuri muutusi, mille tulemuseks on DNA kahjustus [50]. Need iPSC-st pärinevad neuronid ekspresseerivad ebanormaalseid vananemisfenotüüpe, mida tõendab ka heterokromatiini markerite vähenenud ekspressioon ja ebanormaalne tuumaümbris [48], samuti genoomi terviklikkuse mõjutamine, põhjustades DNA ahela katkemisi ja rakusurma [50].

Mitokondriaalne düsfunktsioon on neuronite kadumise tavaline tunnus ja see on peamine organell, mida mõjutab -sünukleiini patoloogia. Sellega seoses on tavaline, et iPSC-st tuletatud SNCA triplikatsiooni neuronites leitakse mitokondriaalseid kahjustusi [51]. Mitokondriaalne kahjustus väljendub energia metabolismi muutustes, mis on tingitud oluliste protsesside, nagu hingamisvõime ja ATP tootmine, katkemisest [52]. Kui SNCA kolmekordsest iPSC-st tuletatud neuronid puutuvad kokku kaltsiumionofoori ferritiini või laser-indutseeritud ROS-i madala kontsentratsiooniga, on neil kontrollneuronitega võrreldes suurem vastuvõtlikkus läbilaskvuse üleminekupooride (PTP) tekkele [53]. Mitmed uuringud näitavad ka, et SNCA mutatsioonidel on suurenenud basaaltundlikkus toksiini poolt indutseeritud oksüdatiivse stressi suhtes, mida võivad süvendada metalliioonide interaktsioonid [54]. SNCA-triplikatsiooniga iPSC-st pärinevate neuronite kokkupuude selliste toksiinidega nagu 6OHDA põhjustab rakusurma ja kaspaaside -3 aktivatsiooni [47], samuti autofagosoomide arvu suurenemist [46]. Neid tulemusi toetavad ka oksüdatiivse stressi markerite, nagu DNAJA1, HMOX2, UCHL1 ja HSPB1, kõrgenenud tasemed, mis on seotud raku kaitsmisega oksüdatiivsete kahjustuste eest, ja MAOA, mis on oksüdatiivse stressi allikas, kui seda neuronites üleekspresseeritakse. 55].

Cistanche pillid

SNCA-A53T mutatsiooni iPSC mudelid

A53T mutatsiooniga iPSC-st pärinevatel neuronitel on võrreldes kontrollneuronitega suurem kalduvus toota -sünukleiini oligomeere ja agregaate. See vastab hästi sellele, mida on täheldatud sama mutatsiooni kandvate patsientide ajus [41,56]. SNCA-A53T missense mutatsioon tuvastati esmakordselt ja see on PD patsientidel kõige levinum mutatsioon [28]. A53T mutatsioon on seotud ligikaudu 10-aasta varasema algusega võrreldes teiste missense point mutatsioonidega [44]. A53T mutatsioon stabiliseerib -sünukleiini valku lehtedel, mis viib kiirema fibrillide moodustumise kiiruseni kui funktsiooni toksilise suurenemise, aidates kaasa perekondliku PD varajasele ilmnemisele [26, 57]. Genoomi hõlmavate analüüsiaruannete põhjal näitavad iPSC-st pärinevad neuronid ka valgu tootmise ja transkriptsiooniga seotud mRNA-de reguleerimise häireid, mis on tingitud A53T muteeritud sünukleiini interaktsioonist oluliste transkriptsioonifaktorite, ribonukleoproteiinide ja ribosomaalsete valkudega [58]. Teine uuring näitas aga tetrameeride/monomeeride suhte vähenemist SNCA-A53T iPSC-st pärinevates neuronites võrreldes kontrolliga, mis viitab sellele, et teatud konformatsioonid, nagu tetrameerid, võivad valku stabiliseerida ja vältida mõnede oligomeeride puhul täheldatud toksilisi mõjusid [59].

Nagu on teatatud SNCA triplikatsioonist iPSC-st tuletatud neuronites, on UPR-süsteem häiritud ka SNCA-A53T iPSC-st tuletatud neuronites. See on seotud IRE faktori ekspressiooni vähenemisega, mis on selle protsessi oluline komponent [60]. Lüsosomaalse stressi tihedalt seotud rada on häiritud ka A53T muteeritud iPSC-st pärinevates neuronites, kus -sünukleiin seob ja deaktiveerib ykt6, mille tulemuseks on valkude agregatsioon, mis võib olla neuronitele toksiline [61].

Sarnaselt SNCA triplikatsiooni neuronites täheldatud düstroofsete neuriitide mustritega on see nii ka SNCA-A53T iPSC-st pärinevate neuronite puhul [56]. SNCA-A53T iPSC-st pärinevates neuronites esinevad tursed veenilaiendid ja suured sferoidsed inklusioonid, mis on seotud varajase neuriitide degeneratsiooniga. Need muutused põhjustavad häireid neuronaalsete võrkude moodustumisel, vähendades oluliselt sünaptilisi kontakte [62]. SNCA-A53T iPSC-st pärinevate neuronite sünaptilist aktiivsust kahjustab oluliste pre- ja postsünaptiliste rakuadhesioonivalkude alareguleerimine [62]. Veelgi enam, nende protsesside kahjustamine põhjustab sünaptilise aktiivsuse muutumist suurema keskmise amplituudiga suurema arvu spontaansete Ca2 pluss siirdeprotsesside korral [56].

SNCA-A53T neuronites on anterograadne mitokondriaalne transpordiprotsess häiritud, mis näib olevat seotud mikrotuubulite nitreerimisega ja võimetusega suhelda mitokondriaalsete transpordikompleksidega [63]. Samamoodi näitavad SNCA-A53T iPSC-st pärinevad neuronid mitofagia viivitust, mis on seotud mitokondriaalses transpordis osaleva võtmevalgu Miro1 ülesreguleerimisega [64]. Mitokondriaalne morfoloogia on muutunud ka ringikujulisemaks ja hargnemata kujuks, mille membraanipotentsiaal muteerunud neuronites on oluliselt vähenenud [60]. Lisaks on antioksüdantide rajad kõrgenenud, tõenäoliselt kompenseeriva mehhanismina vastuseks mitokondriaalse stressi suurenemisele. On oletatud, et see on tingitud katalaasi või peroksisoomi proliferaatoriga aktiveeritud retseptori kaasaktivaatori 1- (PGC1-) suurenenud tasemest [60]. Kõik need tegurid aitavad kaasa pro-apoptootilisele fenotüübile, mis esineb SNCA-A53T mutatsiooniga. Autofagiaga seotud valkude, nagu p62 või autofagosoomimarker LC3, ekspressioon suureneb [60]. See protsess on eriti süvenenud SNCA-A53T iPSC-st pärinevates neuronites pärast kokkupuudet agrokemikaalidega [41].

iPSC mudelites leitud täiendavad tegurid, mis mõjutavad -sünukleiini agregatsiooni ja patoloogiat

Kuigi mutatsioonide olemasolu SNCA-s on võtmetegur, mis määrab valkude voltimise ja agregatsiooni toksilisteks liikideks, on selles protsessis oma osa ka muudel teguritel ja muutujatel. iPSC-st pärinevad neuronid, millel on mutatsioonid teistes geenides, näitavad ka -sünukleiini agregatsiooni ja avaldavad toksilisust. iPSC-st pärinevad LRRK2 G2019S mutatsiooni kandvad neuronid on suurenenud -sünukleiini tasemega ja neil on kontrollrühmaga võrreldes märkimisväärne agregatsioon [65]. Lisaks on need neuronid tundlikud liigse degeneratsiooni suhtes, kui nad puutuvad kokku eelnevalt moodustunud sünukleiini fibrillidega (PFF). Huvitaval kombel näidati, et see toime oli pöörduv, kui isogeensetes kontrollides mutatsiooni korrigeeriti, agregaatide moodustumine vähenes [66]. Lisaks leiti veel üks sünukleiini agregatsiooni mõjutav tegur, mis on tingitud tioredoksiiniga interakteeruva valgu (TXNIP) erinevast ekspressioonist LRRK2 G2019S mutatsiooniga iPSC-st pärinevate neuronite organoidkultuurides. TXNIP tuvastati varem PD riskifaktorina ning selle mutatsiooni ja diferentsiaalse ekspressiooni tulemuseks on sünukleiini kiirenenud akumulatsioon LRRK2 G2019S neuronites [67]. TXNIP mutatsioonid on seotud ka autofagia mehhanismide puudujääkidega, mis aitavad kaasa sünukleiini akumulatsiooni suurenemisele neuronites [68]. Kõik need andmed on kooskõlas ka inimese ajuproovidest saadud tõenditega, mis näitavad ulatuslikku sünukleiinipatoloogiat LRRK2 G2019S mutatsiooniga PD patsientidel [69].

Parkini geen (PARK2), mis kodeerib E3 ubikvitiini ligaasi, on veel üks oluline tegur sünukleiini iPSC uuringutes. Hiljutised uuringud näitavad PARK2 mutatsioonidega patsientide sünukleiini taseme ja agregatsiooni olulist tõusu iPSC-st pärinevates neuronites võrreldes kontrollliinidega [70, 71]. Kuid Lewy kehade puudumine PD-patsientide ajus parkini mutatsioonidega muudab selle üksikasjaliku seose ebaselgeks, mis viitab sellele, et parkin ise võib interakteeruda ja kõikjal levitada sünukleiiniga interakteeruvat valku, sünfiliini{10}} ning soodustada Lewy kehade inklusioone [72]. . Samuti on tõendeid PD haruldaste geneetiliste riskitegurite kohta, nagu CHCHD2, mis näitavad lahustumatu sünukleiini akumulatsiooni suurenemist iPSC-st pärinevates DA neuronites, mis kannavad CHCHD2 T61I mutatsiooni [73].

iPSC mudelisüsteemid on olnud hindamatu väärtusega nende ühenduste demonstreerimisel ja iPSC-tehnoloogia kasulikkuse ja potentsiaali esiletõstmisel PD-sünukleiini neurodegeneratsiooni keerulises molekulaarses kaardistamises.

Cistanche tubulosa

Haigusmudelite iPSC mudelite piirangud

Vaatamata paljudele eelistele, mida iPSC-tehnoloogia haiguste modelleerimisel hõlbustab, tuleb ületada siiski mõningaid piiranguid ja väljakutseid. Esiteks on kõige levinum väljakutse tuumorigeensus, mida võib retroviiruse ja lentiviiruse ümberprogrammeerimismeetodite abil ümberprogrammeerimisprotsessi käigus esile kutsuda. Ümberprogrammeerimisprotsessi tundmatud või mõõtmata mõjud on potentsiaalne segav tegur iPSC-de kui haigusspetsiifiliste mudelite tõeliselt esindusliku olemuse hindamisel. Siiski tuleb märkida, et uuemad protokollid kasutavad integratsioonivabu meetodeid, nagu Sendai viirus või DNA vektorid, ja aitavad neid probleeme kuidagi minimeerida [74, 75]. Veel üks tüvirakuuuringutega hästi tuntud takistus on erinevatelt doonoritelt või sama doonori kloonide genereeritud iPSC-de olemuslik varieeruvus, seda varieeruvust on mõnel juhul raske ühildada, kuna see võib olla patsiendi mõju või protokolliefekt. Ümberprogrammeerimine on kavandatud doonori rakkude epigeneetilise sõrmejälje täielikuks lähtestamiseks, mis tegelikult võib viia kallutatud diferentseerumispotentsiaalini teatud rakutüüpideks [76], kuid mõned andmed näitavad, et epigeneetiline mälu on kultuuris aja jooksul vähenenud [77]. . Üks iPSC-de peamisi piiranguid PD modelleerimisel on vananeva fenotüübiga DA-neuronite genereerimine. Uuringud on näidanud, et ümberprogrammeerimisprotsess taastab vananenud raku nooruslikuma seisundi, kusjuures fenotüüpidel on pikemad telomeerid, vähenenud oksüdatiivne stress ja pädev mitokondriaalne korraldus [78,79]. Tavaliselt kasutavad kõik rakud normaalse füsioloogilise funktsiooni kaitsmiseks arvukalt kvaliteedikontrolli meetmeid, mistõttu on võimalik, et fenotüübilised defektid ilmnevad alles siis, kui kaitserajad lagunevad. Seega on vananenud fenotüübi loomine keeruline ülesanne, kuid mõned hiljutised andmed viitavad võimalusele indutseerida vananenud fenotüüpi, lisades progeriini, A-laminaadi kärbitud vormi, mis on seotud enneaegse vananemisega [80] ja telomeraasi inhibeerimisega [81]. IPSC-st pärinevate neuronite kasutamisel haiguste ja eriti vanusega seotud haigusseisundite modelleerimiseks on mõned probleemid. Vaatamata väljakutsetele ja võimalikele lõksudele on iPSC-st pärinevad neuronid väärtuslik ressurss sünukleiini patoloogia modelleerimisel.

Tulevased juhised sünukleiini patoloogia iPSC mudelitega

iPSC-st pärinevad neuronid võimaldavad meil luua "haiguse tassis", kuid hõlbustavad ka haigusseisundite aluseks olevate füsioloogiliste radade üksikasjalikku uurimist in vitro. -sünukleiini agregeeritud liike leidub enamiku aju PD patsientide ajus ja iPSC-d on võimas vahend -sünukleiini ja neurodegeneratsiooni vahelise seose uurimiseks, uurides sünukleiini füsioloogilisi ja patofüsioloogilisi rolle. PD-ga seotud spetsiifiliste geneetiliste mutatsioonide neuronaalsete iPSC-st tuletatud mudelite andmed kasvavad ja näitavad tugevat korrelatsiooni inimese ajuproovide andmetega [9]. Täpsemalt, PD populatsioonis levinud SNCA mutatsioonide puhul on kriitilise tähtsusega, et iPSC-d mudelina suudaksid haigusseisundi tugevalt kokku võtta. Siin läbivaadatud andmed viitavad sellele, et iPSC-d on tõepoolest suurepärane mudel SNCA mutatsioonide füsioloogia ja patofüsioloogia uurimiseks.

Tavaliselt põhjustavad SNCA mutatsioonid -sünukleiini stabiliseerumist ja agregatsiooni või fibrillatsiooni Lewy kehades koos teiste valkudega. Kui need agregeeritud liigid on rakus olemas, interakteeruvad nad teiste rakustruktuuridega, näiteks mikrotuubulitega, kahjustades aksonite mitokondriaalset transporti ja lõpuks põhjustades sünaptiliste otste degeneratsiooni ja rakkude kadu [9, 26]. Lisaks häirib olulisi mitokondriaalseid funktsioone sünukleiini oligomeeride interaktsioon ATP süntaasidega, näiteks PTP-de avanemine, hingamise halvenemine ja lipiidide peroksüdatsiooni indutseerimine [53]. Lisaks agregeerib -sünukleiin interaktsiooni mitofagiaga seotud valkudega ja takistab defektsete mitokondrite sobivat eemaldamist rakust [64]. Samuti on oletatud, et sünukleiini oligomeeride ja metalliioonide koostoime indutseerib vabade radikaalide moodustumist neuronites, mis põhjustab raku normaalse füsioloogia häirimist, mis põhjustab rakusurma [54]. Enamik iPSC-st pärinevate neuronite kuvatavaid fenotüüpe leidub ka inimese ajus, rõhutades iPSC modelleerimise sobivust mitte ainult raku füsioloogiliste ja patoloogiliste seisundite jäljendamiseks, vaid ka nende potentsiaalset rolli platvormina uute andmete paljastamiseks, mis võisid varem olla. tugines surnud patsientide aju biopsiate kogumisele.

Haiguste modelleerimine iPSC-dega on andnud olulisi toetavaid tõendeid selle kohta, et muude rakuliste mehhanismide kahjustused võivad mõnel juhul esile kutsuda sünukleiini agregatsiooni ja akumulatsiooni. Mutatsioone kandvate PD patsientide iPSC-st pärinevad neuronid LRRK2-s või parkinis tõstavad esile need koostoimed. Näiteks eeldatakse, et sünfiliini-1 ubikvitinatsioonil iPSC-st saadud parkini mutatsioone kandvates neuronites on Lewy keha moodustumise esilekutsumisel vahepealne roll [72]. Veelgi enam, üks peamisi sünukleiini akumulatsiooni soodustavaid mehhanisme on defektne autofagia ja lüsosomaalne proteolüüs, millel on oluline roll defektsete agregaatide kliirensis. On näidatud, et LRRK2-mutatsiooniga iPSC-st pärinevates neuronites on need protsessid kahjustatud [68,82]. Kõigis neis uuringutes näitavad iPSC-st pärinevad neuronid fenotüüpe, mis on tihedalt seotud inimese ajuproovide puhul teatatud fenotüüpidega. PD ajus tavaliselt leiduvate -sünukleiini agregaatide põhjuste hindamine on keeruline ja seni on osutunud ebaõnnestunud.

Herba Cistanche

Kuigi sünukleiini agregatsiooni lõplik roll PD patoloogias on endiselt ebaselge, näitab kirjandus nende agregeerunud liikide vahel väga keerulist koostoimet paljude teiste rakusiseste valkudega, luues rakuraja kahjustuste kaskaadi, mis soodustab defektset valkude agregatsiooni, mis lõpuks viib degeneratsioon. Sellel laial ja keerulisel molekulaarsel maastikul võivad PD-patsientide iPSC-st tuletatud mudelid aidata tuvastada selle patoloogia kõige levinumate mutatsioonide mõju, olles võimelised jäljendama PD aju rakulisi protsesse suure täpsusega. Veelgi enam, see "haigus tassis" modelleerimissüsteem võib hõlbustada nii suure läbilaskevõimega ravimite avastamist kui ka rakuteraapia lähenemisviiside uurimist. Tulevane töö CRISPR-Cas9 tehnoloogiaga koos iPSC-dega võib muuta sünukleinopaatiate lähenemisviisi, et asendada kahjulikud mutatsioonid või kustutada peamiste haiguste geenide paljunemised [83] või tõepoolest moduleerida seotud mehhanisme, nagu näiteks translatsioonijärgsetes modifikatsioonides osalevad histoonid. 84].

Seni mitme mudelisüsteemiga tehtud ulatuslik töö viitab tugevalt sellele, et sünukleiini agregaatide, oligomeeride ja fibrillide olemasolul on keskne roll PD-ga seotud DA neurodegeneratsioonis. Tänu iPSC-sid kasutava haigusega seotud platvormi baasi paranemisele ja haigusseisundi mõistmise kiirele kasvule näib tulevik sünukleinopaatiate sihtmärgiks olevate ravimeetodite jaoks helge.

Viited

1. Tsuiji, H. ja Yamanaka, K. (2014) Neurodegeneratiivsete häirete loommudelid. Animal Biotechnology, lk 39–56, Elsevier,

2. Bourdenx, M., Koulakiotis, NS, Sanoudou, D., Bezard, E., Dehay, B. ja Tsarbopoulos, A. (2017) Valkude agregatsioon ja neurodegeneratsioon prototüüpilistes neurodegeneratiivsetes haigustes: amüloidopaatiate, tauopaatiate ja sünukleinopaatiate näited . Prog. Neurobiol. 155, 171–193,

3. Madabhushi, R., Pan, L. ja Tsai, L.-H. (2014) DNA kahjustus ja selle seosed neurodegeneratsiooniga. Neuron 83, 266–282,

4. Rekatsina, M., Paladini, A., Piroli, A., Zis, P., Pergolizzi, JV and Varrassi, G. (2020) Pathophysiology and terapeutilised perspektiivid oksüdatiivse stressi ja neurodegeneratiivsete haiguste kohta: narratiivne ülevaade. Adv. Seal. 37, 113–139,

5. Kovacs, GG (2016) Neurodegeneratiivsete haiguste molekulaarne patoloogiline klassifikatsioon: pöördumine täppismeditsiini poole. Int. J. Mol. Sci. 17,

6. Kovacs, GG (2017) Neurodegeneratiivsete haiguste kontseptsioonid ja klassifikatsioon. Handb. Clin. Neurol. 145, 301–307,

7. Kiely, AP, Asi, YT, Kara, E., Limousin, P., Ling, H., Lewis, P. jt. (2013) - G51D SNCA mutatsiooniga seotud sünukleinopaatia: seos Parkinsoni tõve ja mitme süsteemi atroofia vahel? Acta Neuropathol. 125, 753–769,

8. Zarranz, JJ, Alegre, J., G´omez-Esteban, JC, Lezcano, E., Ros, R., Ampuero, I. jt. (2004) Alfa-sünukleiini uus mutatsioon E46K põhjustab Parkinsoni ja Lewy keha dementsust. Ann. Neurol. 55, 164–173,

9. Prots, I., Grosch, J., Brazdis, R.-M., Simmnacher, K., Veber, V., Havlicek, S. et al. (2018) - Sünukleiini oligomeerid kutsuvad esile inimese iPSC-põhistes sünukleinopaatiate mudelites varase aksonite düsfunktsiooni. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 115, 7813–7818,

10. McCann, H., Stevens, CH, Cartwright, H. ja Halliday, GM (2014) - Sünukleinopaatia fenotüübid. Parkinsonism Relat. Häire. 20, S62–S67,

11. Takahashi, K., Tanabe, K., Ohnuki, M., Narita, M., Ichisaka, T., Tomoda, K. et al. (2007) Pluripotentsete tüvirakkude esilekutsumine täiskasvanud inimese fibroblastidest määratletud teguritega. Lahter 131, 861–872,

12. Vogel, G. (2010) Tüvirakud. Haigused tassis tõusevad õhku. Science 330, 1172–1173,

13. Avazzadeh, S., Baena, JM, Keighron, C., Feller-Sanchez, Y. ja Quinlan, LR (2021) Parkinsoni tõve modelleerimine: iPSC-d inimese patoloogia paremaks mõistmiseks. Brain Sci. 11,

14. S´anchez-Dan ´es, A., Consiglio, A., Richaud, Y., Rodr´ıguez-Piz`a, I., Dehay, B., Edel, M. jt. (2012) A9 keskaju dopamiinergiliste neuronite tõhus genereerimine LMX1A lentiviiruse kaudu inimese embrüonaalsetes tüvirakkudes ja indutseeritud pluripotentsetes tüvirakkudes. Humm. Gene Ther. 23, 56–69,

15. Chambers, SM, Fasano, CA, Papapetrou, EP, Tomishima, M., Sadelain, M. ja Studer, L. (2009) Inimese ES- ja iPS-rakkude ülitõhus neuraalne muundumine SMAD-signaali kahekordse pärssimisega. Nat. Biotehnoloogia. 27, 275–280,

16. Kriks, S., Shim, J.-W., Piao, J., Ganat, YM, Wakeman, DR, Xie, Z. et al. (2011) Inimese ES-rakkudest pärinevad dopamiini neuronid siirduvad tõhusalt Parkinsoni tõve loommudelitesse. Nature 480, 547–551,

17. Theka, I., Caiazzo, M., Dvoretskova, E., Leo, D., Ungaro, F., Curreli, S. et al. (2013) Funktsionaalsete dopamiinergiliste neuronite kiire genereerimine inimese indutseeritud pluripotentsetest tüvirakkudest üheetapilise protseduuri abil, kasutades rakuliini transkriptsioonifaktoreid. Tüvirakud Transl. Med. 2, 473–479,

18. Wang, M., Ling, K.-H., Tan, JJ ja Lu, C.-B. (2020) Keskaju dopamiinergilise neuroni areng ja diferentseerumine: pingilt voodisse. lahtrid 9,

19. Marton, RM ja Ioannidis, JPA (2019) Protokollide põhjalik analüüs dopamiinergiliste neuronite tuletamiseks inimese pluripotentsetest tüvirakkudest. Tüvirakud Transl. Med. 8, 366–374,

20. Maroteaux, L., Campanelli, JT ja Scheller, RH (1988) Sünukleiin: neuronispetsiifiline valk, mis paikneb tuumas ja presünaptilises närvilõpus. J. Neurosci. 8, 2804–2815,

21. Uversky, VN, Li, J. ja Fink, AL (2001) Tõendid osaliselt volditud vaheühendi kohta alfa-sünukleiini fibrillide moodustumisel. J. Biol. Chem. 276, 10737–10744,

22. Theillet, F.-X., Binolfifi, A., Bekei, B., Martorana, A., Rose, HM, Stuiver, M. et al. (2016) Monomeerse sünukleiini struktuurne häire püsib imetajarakkudes. Loodus 530, 45–50,

23. Buell, AK, Galvagnion, C., Gaspar, R., Sparr, E., Vendruscolo, M., Knowles, TPJ et al. (2014) Lahuse tingimused määravad tuuma moodustumise ja kasvuprotsesside suhtelise tähtsuse -sünukleiini agregatsioonis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 111, 7671–7676,

24. Rovere, M., Sanderson, JB, Fonseca-Ornelas, L., Patel, DS ja Bartels, T. (2018) Helical soluble -synuclein ümbervoltimine läbi mööduva interaktsiooni lipiidide liidestega. FEBS Lett. 592, 1464–1472,

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

26. Bertoncini, CW, Fernandez, CO, Griesinger, C., Jovin, TM ja Zweckstetter, M. (2005) Suurenenud neurotoksilisusega alfa-sünukleiini perekondlikud mutandid on destabiliseeritud konformatsiooniga. J. Biol. Chem. 280, 30649–30652,

27. Võitja, B., Jappelli, R., Maji, SK, Desplats, PA, Boyer, L., Aigner, S. jt. (2011) In vivo demonstratsioon, et alfa-sünukleiini oligomeerid on toksilised. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108, 4194–4199,

28. Polymeropoulos, MH, Lavedan, C., Leroy, E., Ide, SE, Dehejia, A., Dutra, A. et al. (1997) Parkinsoni tõvega peredes tuvastatud alfa-sünukleiini geeni mutatsioon. Science 276, 2045–2047,

29. Lashuel, HA, Overk, CR, Oueslati, A. ja Masliah, E. (2013) Sünukleiini palju nägusid: struktuurist ja toksilisusest terapeutilise sihtmärgini. Nat. Rev. Neurosci. 14, 38–48,

30. Cabin, DE, Shimazu, K., Murphy, D., Cole, NB, Gottschalk, W., McIlwain, KL et al. (2002) Sünaptiliste vesiikulite ammendumine korreleerub nõrgestatud sünaptiliste vastustega pikaajalisele korduvale stimulatsioonile hiirtel, kellel puudub alfa-sünukleiin. J. Neurosci. 22, 8797–8807,

31. Burr´e, J., Sharma, M., Tsetsenis, T., Buchman, V., Etherton, MR ja S¨udhof, TC (2010) Alfa-sünukleiin soodustab SNARE-kompleksi kokkupanekut in vivo ja in vitro. Science 329, 1663–1667,

32. Miraglia, F., Ricci, A., Rota, L. ja Colla, E. (2018) Alfa-synukleiini agregaatide subtsellulaarne lokaliseerimine ja nende interaktsioon membraanidega. Neuraalne Regen. Res. 13, 1136–1144,

33. Carnwath, T., Mohammed, R. ja Tsiang, D. (2018) -sünukleiini otsene ja kaudne mõju mikrotuubulite stabiilsusele Parkinsoni tõve patogeneesis. Neuropsühhiaater. Dis. Ravida. 14, 1685–1695,

34. Wersinger, C. ja Sidhu, A. (2003) Dopamiini transporteri aktiivsuse nõrgenemine -sünukleiini poolt. Neurosci. Lett. 340, 189–192,

35. Lee, FJ, Liu, F., Pristupa, ZB ja Niznik, HB (2001) Alfa-sünukleiini otsene sidumine ja funktsionaalne sidumine dopamiini transportijatega kiirendab dopamiini poolt indutseeritud apoptoosi. 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-sünukleiin interakteerub fosfolipaas D isosüümidega ja inhibeerib pervanadaadist põhjustatud fosfolipaas D aktivatsiooni inimese embrüonaalsetes neerude -293 rakkudes. J. Biol. Chem. 277, 12334–12342,

37. Gorbatyuk, OS, Li, S., Nguyen, FN, Manfredsson, FP, Kondrikova, G., Sullivan, LF jt. (2010) - Sünukleiini ekspressioon roti substantia nigras pärsib fosfolipaasi D2 toksilisust ja nigraalset neurodegeneratsiooni. Mol. Seal. 18, 1758–1768,

38. Ferreira, SA ja Romero-Ramos, M. (2018) Microglia vastus Parkinsoni tõve ajal: alfa-sünukleiini sekkumine. Ees. Kamber. Neurosci. 12 247,

39. Grozdanov, V. ja Danzer, KM (2020) Intratsellulaarne alfa-sünukleiin ja immuunrakkude funktsioon. Ees. Cell Dev. Biol. 8 562692,

40. Devine, MJ, Ryten, M., Vodicka, P., Thomson, AJ, Burdon, T., Houlden, H. jt. (2011) Parkinsoni tõbi indutseeris pluripotentseid tüvirakke sünukleiini lookuse kolmekordistamisega. Nat. Commun. 2 440,

41. Ryan, SD, Dolatabadi, N., Chan, SF, Zhang, X., Akhtar, MW, Parker, J. jt. (2013) Inimese isogeense iPSC Parkinsoni tõve mudel näitab MEF2-PGC1 transkriptsioonis nitroseerivast stressist põhjustatud düsfunktsiooni. Lahter 155, 1351–1364,

42. Barbuti, P., Antony, P., Santos, B., Massart, F., Cruciani, G., Dording, C. jt. (2020) Suure sisaldusega sõeluuringu kasutamine üherakuliste geenidega korrigeeritud patsiendilt saadud iPS-kloonide genereerimiseks paljastab alfa-sünukleiini ülejäägi koos perekondliku Parkinsoni tõve punktmutatsiooniga A30P. lahtrid 9,

43. Deng, H. ja Yuan, L. (2014) Geneetilised variandid ja loomamudelid SNCA ja Parkinsoni tõve korral. Aging Res. Rev. 15, 161–176,

44. Kasten, M. ja Klein, C. (2013) Alfa-sünukleiini mutatsioonide paljud näod. Esmasp. Häire. 28, 697–701,

45. Singleton, AB, Farrer, M., Johnson, J., Singleton, A., Hague, S., Kachergus, J. et al. (2003) alfa-sünukleiini lookuse kolmekordistumist põhjustab Parkinsoni tõbi. Teadus 302, 841,

46. ​​Oliveira, LMA, Falomir-Lockhart, LJ, Botelho, MG, Lin, KH, Wales, P., Koch, JC jt. (2015) SNCA geeni triplikatsioonist põhjustatud kõrgenenud sünukleiin kahjustab neuronite diferentseerumist ja küpsemist Parkinsoni tõvega patsiendilt indutseeritud pluripotentsetes tüvirakkudes. Cell Death Dis. 6, e1994,

47. Lin, L., G¨oke, J., Cukuroglu, E., Dranias, MR, VanDongen, AMJ ja Stanton, LW (2016) Geneetiliselt mitmekesiste Parkinsoni tõvega patsientide in vitro modelleerimisega tuvastatud neurodegeneratsiooni aluseks olevad molekulaarsed tunnused. Cell Rep. 15, 2411–2426,

48. Tagliafifierro, L., Zamora, ME ja Chiba-Falek, O. (2019) SNCA lookuse paljunemine süvendab neuronite tuuma vananemist. Humm. Mol. Genet. 28, 407–421,

49. Heman-Ackah, SM, Manzano, R., Hoozemans, JJM, Scheper, W., Flynn, R., Hagerty, W. jt. (2017) Alfa-sünukleiin kutsub esile voltimata valguvastuse Parkinsoni tõve SNCA kolmekordse iPSC-st saadud neuronites. Humm. Mol. Genet. 26, 4441–4450,

50. Vasquez, V., Mitra, J., Hegde, PM, Pandey, A., Sengupta, S., Mitra, S. jt. (2017) Kromatiiniga seotud oksüdeeritud sünukleiin põhjustab Parkinsoni tõve in vitro mudelites neuronaalsete genoomide ahela katkemisi. J. Alzheimeri dis. 60, S133–S150,

51. Brazdis, R.-M., Alecu, JE, Marsch, D., Dahms, A., Simmnacher, K., L¨orentz, S. et al. (2020) Ajupiirkonna spetsiifilise neuronite haavatavuse demonstreerimine perekondliku Parkinsoni tõve inimese iPSC-põhises mudelis. Humm. Mol. Genet. 29, 1180–1191,

52. Flierl, A., Oliveira, LMA, Falomir-Lockhart, LJ, Mak, SK, Hesley, J., Soldner, F. jt. (2014) Alfa-sünukleiini geeni triplikatsiooni kandvate neuronaalsete prekursorrakkude suurem haavatavus ja stressitundlikkus. PLoS ONE 9, e112413,

53. Ludtmann, MHR, Angelova, PR, Horrocks, MH, Choi, ML, Rodrigues, M., Baev, AY jt. (2018) -sünukleiini oligomeerid interakteeruvad ATP süntaasiga ja avavad Parkinsoni tõve puhul läbilaskvuse ülemineku poorid. Nat Commun. 9 2293,

54. Deas, E., Cremades, N., Angelova, PR, Ludtmann, MHR, Yao, Z., Chen, S. et al. (2016) Alfa-sünukleiini oligomeerid interakteeruvad metalliioonidega, et kutsuda esile oksüdatiivset stressi ja neuronite surma Parkinsoni tõve korral. Antioksüd. Redokssignaal. 24, 376–391,

55. Byers, B., Cord, B., Nguyen, HN, Sch¨ule, B., Fenno, L., Lee, PC et al. (2011) SNCA kolmekordne Parkinsoni tõve patsiendi iPSC-st pärinevad DA neuronid akumuleeruvad -sünukleiini ja on vastuvõtlikud oksüdatiivsele stressile. PLoS ONE 6, e26159,

56. Zygogianni, O., Antoniou, N., Kalomoiri, M., Kouroupi, G., Taoufifik, E. ja Matsas, R. (2019) In vivo fenotüüpimine perekondliku Parkinsoni tõvega inimese indutseeritud pluripotentsete tüvirakkudega: tõend kontseptsioonipõhine uuring. Neurochem. Res. 44, 1475–1493,

57. Conway, KA, Harper, JD ja Lansbury, PT (1998) Kiirendas in vitro fibrillide moodustumist mutantse alfa-sünukleiini poolt, mis on seotud varajase algusega Parkinsoni tõvega. Nat. Med. 4, 1318–1320,

58. Khurana, V., Peng, J., Chung, CY, Auluck, PK, Fanning, S., Tardiff, DF et al. (2017) Genoomi ulatusega võrgud seovad neurodegeneratiivsete haiguste geene -sünukleiiniga spetsiifiliste molekulaarsete radade kaudu. Kärjesüsteem. 4, 157.e14–170.e14,

59. Dettmer, U., Newman, AJ, Soldner, F., Luth, ES, Kim, NC, von Saucken, VE et al. (2015) Parkinsoni tõbe põhjustavad sünukleiini missense mutatsioonid nihutavad natiivsed tetrameerid haiguse initsiatsiooni mehhanismina monomeerideks. Nat. Commun. 6 7314,

60. Zambon, F., Cherubini, M., Fernandes, HJR, Lang, C., Ryan, BJ, Volpato, V. jt. (2019) Raku-sünukleiini patoloogiat seostatakse Parkinsoni tõve iPSC-st pärinevate dopamiini neuronite bioenergeetilise düsfunktsiooniga. Humm. Mol. Genet. 28, 2001–2013,

61. Cuddy, LK, Wani, WY, Morella, ML, Pitcairn, C., Tsutsumi, K., Fredriksen, K. jt. (2019) Stressist põhjustatud raku kliirensit vahendab SNARE valk ykt6 ja seda häirib -sünukleiin. Neuron 104, 869.e11–884.e11,

62. Kouroupi, G., Taoufifik, E., Vlachos, IS, Tsioras, K., Antoniou, N., Papastefanaki, F. jt. (2017) Defektne sünaptiline ühenduvus ja aksonite neuropatoloogia perekondliku Parkinsoni tõve inimese iPSC-põhises mudelis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 114, E3679–E3688,

63. Stykel, MG, Humphries, K., Kirby, MP, Czaniecki, C., Wang, T., Ryan, T. jt. (2018) Mikrotuubulite nitreerimine blokeerib aksonite mitokondriaalse transpordi Parkinsoni tõve inimese pluripotentse tüviraku mudelis. FASEB J. 32, 5350–5364,

64. Shaltouki, A., Hsieh, C.-H., Kim, MJ ja Wang, X. (2018) Alfa-sünukleiin lükkab edasi mitofagiat ja Miro sihtimine päästab Parkinsoni tõve mudelites neuronite kadumise. Acta Neuropathol. 136, 607–620,

65. Nguyen, HN, Byers, B., Cord, B., Shcheglovitov, A., Byrne, J., Gujar, P. jt. (2011) LRRK2 mutantsed iPSC-st pärinevad DA neuronid näitavad suurenenud vastuvõtlikkust oksüdatiivse stressi suhtes. Raku tüvirakk 8, 267–280,

66. Bieri, G., Brahic, M., Bousset, L., Couthouis, J., Kramer, NJ, Ma, R. et al. (2019) LRRK2 muudab -syn-patoloogiat ja levib hiiremudelites ja inimese neuronites. Acta Neuropathol. 137, 961–980,

67. Kim, H., Park, HJ, Choi, H., Chang, Y., Park, H., Shin, J. jt. (2019) G2019S-LRRK2 sporaadilise Parkinsoni tõve modelleerimine 3D-keskaju organoidides. Stem Cell Rep. 12, 518–531,

68. Reinhardt, P., Schmid, B., Burbulla, LF, Sch ¨ondorf, DC, Wagner, L., Glatza, M. et al. (2013) LRRK2 mutatsiooni geneetiline korrigeerimine inimese iPSC-des seob parkinsonismi neurodegeneratsiooni ERK-st sõltuvate muutustega geeniekspressioonis. Raku tüvirakk. 12, 354–367,

69. Schiesling, C., Kieper, N., Seidel, K. ja Kr¨uger, R. (2008) Ülevaade: perekondlik Parkinsoni tõbi – geneetika, kliiniline fenotüüp ja neuropatoloogia haiguse levinud sporaadilise vormi kohta. Neuropatool. Rakendus Neurobiol. 34, 255–271,

70. Shaltouki, A., Sivapatham, R., Pei, Y., Gerencser, AA, Momˇcilovi ´c, O., Rao, MS et al. (2015) PARKINi mitokondriaalsed muutused dopamiinergilistes neuronites, kasutades PARK2 patsiendispetsiifilisi ja PARK2 knockout isogeenseid iPSC liine. Stem Cell Rep. 4, 847–859,

71. Imaizumi, Y., Okada, Y., Akamatsu, W., Koike, M., Kuzumaki, N., Hayakawa, H. jt. (2012) Mitokondriaalne düsfunktsioon, mis on seotud suurenenud oksüdatiivse stressi ja sünukleiini akumuleerumisega PARK2 iPSC-st pärinevates neuronites ja surmajärgses ajukoes. Mol. Aju 5, 35,

72. Chung, KK, Zhang, Y., Lim, KL, Tanaka, Y., Huang, H., Gao, J. jt. (2001) Parkin ubikvitineerib alfa-sünukleiiniga interakteeruvat valku, sünfiliini-1: mõju Lewy keha moodustumisele Parkinsoni tõve korral. Nat. Med. 7, 1144–1150,

73. Ikeda, A., Nishioka, K., Meng, H., Takanashi, M., Hasegawa, I., Inoshita, T. jt. (2019) CHCHD2 mutatsioonid põhjustavad -sünukleiini agregatsiooni. Humm. Mol. Genet. 28, 3895–3911,

74. Papapetrou, EP ja Sadelain, M. (2011) Transgeenivabade inimese indutseeritud pluripotentsete tüvirakkude genereerimine aktsiisitava üksiku polütsistroonilise vektoriga. Nat. Protoc. 6, 1251–1273,

75. Narsinh, KH, Jia, F., Robbins, RC, Kay, MA, Longaker, MT ja Wu, JC (2011) Täiskasvanud inimese indutseeritud pluripotentsete tüvirakkude genereerimine, kasutades mitteviiruse miniringi DNA vektoreid. Nat. Protoc. 6, 78–88,

76. Kim, K., Zhao, R., Doi, A., Ng, K., Unternaehrer, J., Cahan, P. et al. (2011) Doonorraku tüüp võib mõjutada inimese indutseeritud pluripotentsete tüvirakkude epigenoomi ja diferentseerumispotentsiaali. Nat. Biotehnoloogia. 29, 1117–1119,

77. Nishino, K., Toyoda, M., Yamazaki-Inoue, M., Fukawatase, Y., Chikazawa, E., Sakaguchi, H. et al. (2011) DNA metüülimise dünaamika inimese indutseeritud pluripotentsetes tüvirakkudes aja jooksul. PLoS Genet. 7, e1002085,

78. Yehezkel, S., Rebibo-Sabbah, A., Segev, Y., Zuckerman, M., Shaked, R., Huber, I. jt. (2011) Telomeersete piirkondade ümberprogrammeerimine inimese poolt indutseeritud pluripotentsete tüvirakkude genereerimisel ja sellele järgnev diferentseerumine fibroblastilaadseteks derivaatideks. Epigenetics 6, 63–75,

79. Rohani, L., Johnson, AA, Arnold, A. ja Stolzing, A. (2014) The aging signature: a hermark of induced pluripotent stem cells? Vananev rakk 13, 2–7,

80. Miller, JD, Ganat, YM, Kishinevsky, S., Bowman, RL, Liu, B., Tu, EY jt. (2013) Inimese iPSC-põhine hilise algusega haiguse modelleerimine progeriini poolt põhjustatud vananemise kaudu. Cell Stem Cell 13, 691–705,

81. Vera, E., Bosco, N. ja Studer, L. (2016) Hilise algusega inimese iPSC-põhiste haigusmudelite loomine neuronite vanusega seotud fenotüüpide esilekutsumisega telomeraasi manipuleerimise kaudu. 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. jt. (2012) Inimese geneetilise ja juhusliku Parkinsoni tõve iPS-põhiste mudelite dopamiini neuronite haigusspetsiifilised fenotüübid. EMBO Mol. Med. 4 380–395,

83. Safari, F., Hatam, G., Behbahani, AB, Rezaei, V., Barekati-Mowahed, M., Petramfar, P. et al. (2020) CRISPR-süsteem: suure läbilaskevõimega tööriistakast Parkinsoni tõve uurimiseks ja raviks. Kamber. Mol. Neurobiol. 40, 477–493, h

84. Guhathakurta, S., Kim, J., Adams, L., Basu, S., Song, MK, Adler, E. jt. (2021) Kõrgenenud histooni märkide sihipärane nõrgenemine SNCA-s leevendab -sünukleiini Parkinsoni tõve korral. EMBO Mol. Med. 13, e12188,

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

1. Füsioloogiakool, Iirimaa Riiklik Ülikool Galway, Galway, Iirimaa;

2. C ´URAM SFI Meditsiiniseadmete uurimise keskus, Iirimaa Riiklik Ülikool Galway, Galway, Iirimaa