A szinuklein patogén mechanizmusa a Parkinson-kór HiPSC modelljében

Absztrakt

-synuclein egyre kiemelkedőbb szereplője a különböző neurodegeneratív állapotok patológiájának. A Parkinson-kór (PD) egy neurodegeneratív rendellenesség, amely főként az agy substantia nigra dopaminerg (DA) neuronjait érinti. A PD patológiájára jellemző, hogy az érintett agyi régiókban fehérje-aggregációkat találnak, amelyeket „Lewy-testeknek” neveznek. A szinuklein számos betegségben szerepet játszik, beleértve a Lewy-testekkel járó demenciát (DLB) és az Alzheimer-kórt. Mindazonáltal a PD a leggyakoribb synucleinopathia, és továbbra is a PD-kutatás jelentős fókuszpontja a -synuclein Lewy test patológiája szempontjából. Számos gén mutációja kapcsolódik a PD fejlődéséhez, beleértve az SNCA-t, amely a -synucleint kódolja. Számos modellrendszert alkalmaztak a szinuklein fiziológiájának és patofiziológiájának tanulmányozására annak érdekében, hogy közelebbről kapcsolódjanak a PD patológiához. Ezek a modellek magukban foglalják a sejtes és állati rendszereket, amelyek transzgenikus technológiákat, vírusvektor-expressziót, knockdown-megközelítéseket és a -synuclein lehetséges prionfehérje-szerű hatását tanulmányozó modelleket vizsgálnak. A jelenlegi áttekintés a humán indukált pluripotens őssejt (iPSC) modellekre összpontosít, különös tekintettel az SNCA gén mutációira vagy szaporodására. Az iPSC-k egy gyorsan fejlődő technológia, amely óriási ígéretet jelent a normál fiziológia és a betegségek in vitro modellezésének tanulmányozásában. A páciens genetikai hátterének fenntartása és a hasonló sejtfenotípusok replikációja az iPSC-ket hatékony eszközzé teszi a neurológiai betegségek tanulmányozásában. Ez az áttekintés a -synuclein fiziológiai funkciójáról, valamint a PD patogenezisében betöltött szerepére összpontosít a humán iPSC modelleken alapuló jelenlegi ismeretekre.

Kulcsszavak

-synuclein patogenezis; hiPSC modellek; Parkinson kór; Neurodegeneratív betegségek;A Cistanche előnyei.

Kattintson ide a vásárláshozCistanche kiegészítők

Bevezetés

A neurodegeneratív betegségek olyan progresszív rendellenességek csoportját jelentik, amelyeket idegsejthalál jellemez, kivéve az elsősorban ischaemiával, fertőzéssel vagy rosszindulatú daganatokkal kapcsolatos állapotokat [1]. A neurodegeneratív állapotok a leggyakoribb életkorral összefüggő betegségek az emberekben, egyre gyakoribbak és emberek millióit érintik világszerte. A jelentős tudományos és klinikai kutatási erőfeszítések ellenére még mindig hiányoznak a hatékony terápiák. Ezért létfontosságú, hogy áthidaljuk a neurodegeneráció hátterében álló fiziológiai és kóros folyamatok megértésében meglévő hiányosságokat, hogy elősegítsük a célzott és hatékony kezelési stratégiák kidolgozását. Az elmúlt 25 évben számos sejtes és molekuláris mechanizmust azonosítottak, amelyek a neuronális degenerációhoz kapcsolódnak, ezek közül a legkiemelkedőbbek a fehérje-aggregátum lerakódás [2], a mitokondriális DNS-mutációk [3] és az oxidatív stressz [4]. A fiziológiás fehérjék abnormális aggregátumainak kialakulása nagy érdeklődést váltott ki, és számos neurodegeneratív betegség kulcsfontosságú jellemzőjeként azonosítják, amelyeket ma az úgynevezett proteinopátiákba sorolnak [5]. A neurodegeneratív proteinopátiák olyan betegségek csoportját jelentik, amelyeket egy normális fehérje nem megfelelő aggregációja, lerakódása és/vagy felhalmozódása határoz meg, amely jelentős normális fiziológiai funkcióval rendelkezik. A proteinopátiákat az ezekben a lerakódásokban található fő fehérje alapján osztályozzák, így a tauopathiák túlnyomórészt τ fehérjét, a TDP-43 proteinopathiák pedig TDP-43-t [6]. A szinuklein a neurodegeneratív betegségekben részt vevő fehérjék ezen csoportjának kulcsfontosságú tagja.

A -synucleinről kimutatták, hogy kulcsszerepet játszik számos neurodegeneratív állapot patológiájában, amelyek a synucleinopathiák csoportjába tartoznak. -synucleint az SNCA gén kódolja, amely a 4. kromoszómán található (4q21.3-22), és ennek a génnek a mutációi autoszomális domináns öröklődési mintát mutatnak. Kimutatták, hogy ennek a génnek a mutációi -synuklein felhalmozódást és aggregációt eredményeznek, ami számos neurodegeneratív állapot esetén jelentkezik [7–9]. Ebbe a csoportba tartoznak az olyan jól ismert betegségek, mint a Parkinson-kór (PD), a Lewy-testekkel járó demencia (DLB) és a többszörös rendszeres atrófia (MSA), valamint a ritkábban előforduló patológiák, például a neuroaxonális disztrófiák, a tiszta autonóm elégtelenség (PAF). vagy REM alvási viselkedészavar [10].

Jelenleg a szinukleinopátiák tanulmányozását segítő modellrendszerek széles skálája áll rendelkezésre. Az állatmodellek értékes információkat szolgáltatnak a neuronális változásokkal összefüggő viselkedési változásokról, de a fajok közötti különbségek akadályt jelentenek az emberre lefordítható betegség-specifikus fenotípusok megszerzésében. A sejtmodellek előnye, hogy lehetővé teszik a patológia gyors fejlődését, költséghatékonyak és genetikailag könnyebben manipulálhatók, különösen a molekuláris és sejtes vizsgálatokban kelt érdeklődésre. Az elmúlt 14 évben az indukált pluripotens őssejt (iPSC) technológia megjelenése nagymértékben javította a betegségek beteg-specifikus molekuláris mechanizmusainak megértését, valamint a lehetséges új terápiák és gyógyszerszűrések kifejlesztését. Ez a technológia azon a képességen alapul, hogy a betegség-specifikus betegek fibroblasztjait specifikus transzkripciós faktorok (leggyakrabban Oct4, Sox2, cMyc és Klf4) expressziójára kényszerítik, ami pluripotens állapotot eredményez. Ezt követően ezek a pluripotens sejtek specifikus szomatikus érett sejtekké differenciálódnak [11]. Ezt a fajta megközelítést általában „betegség az edényben” modellezésnek nevezik [12] (1. ábra). Ennek a módszernek az az előnye, hogy fenntartja a beteg teljes genetikai hátterét, és lehetővé teszi bizonyos kulcsfontosságú mutációk patofiziológiára gyakorolt ​​hatásának tanulmányozását, lehetővé téve a kulcsfontosságú sejtmutáción alapuló fenotípusok jellemzését olyan komplex betegségekben, mint például a PD [13].

A dopaminerg (DA) neuronok a fő sejttípusok, amelyeket a PD neurodegenerációjának tanulmányozására használnak számos különböző protokoll segítségével. A legtöbb protokoll magában foglalja az LMX1A kényszerített expresszióját, amely a ventrális középagy identitás szempontjából kritikus transzkripciós faktort kódol, kettős SMAD gátlási megközelítést alkalmazva. Ez az eljárás a Noggin és SB431542 vegyületek felhasználásán alapul, amelyek a jelátalakító fehérjecsalád SMAD (a Caenorhabditis elegans SMA gének és a Drosophila MAD, Anyák a decapentaplegic elleni anyák fúziójából származó mozaikszó) inhibitoraiként hatnak, amelyek kulcsfontosságú szabályozói sejtnövekedés [14–16]. Újabban a differenciálódást az ASCL1, NURR1 és LMX1A faktorok kényszerített túlzott expressziója irányíthatja [17]. A PD-ben szenvedő betegek sejtjeinek átprogramozását és DA neuronokká való differenciálódását széles körben áttekintették máshol [18,19].

Elismerve az iPSC-modellek által kínált értékes információkat és a -synuclein jelentőségét a neurodegenerációban, ez az áttekintés az iPSC modellrendszerekben az SNCA-mutációk tanulmányozásából, valamint a -synuclein-aggregáció és a toxicitás feltárásából származó ismeretekre összpontosít. Ebben az összefüggésben néhány releváns kérdés megvitatásra kerül: vajon az SNCA gén mutációi az egyetlen előidézői a -synuclein aggregációnak? Miben különbözik az SNCA-mutációk patogén hatása a -synuclein aggregációtól?

-synuclein: szerkezete és normális élettani működése

A rendelkezésre álló irodalom alapján a -synuclein egy 14-kDa fehérje, amely mindenütt az agy preszinaptikus terminálisaiban, túlnyomórészt a serkentő neuronokban expresszálódik, először 1988-ban számoltak be [20]. A -synuclein fehérje natív szerkezete még mindig vita forrása, de normál fiziológiás körülmények között natívan kibontott fehérjének tekintik [21,22]. Így szerkezete változhat a helyi környezet változásaitól függően [23], ahol kölcsönhatásba léphet lipidekkel [24] vagy fémekkel [25]. Úgy gondolják, hogy a szinuklein szerkezetében bekövetkező változások a szinukleinopátiákban általánosan megfigyelhető patológiás hibás feltekerődéssel és aggregációval állnak összefüggésben [26]. Például az E35K és E57K mutációk által indukált -synuclein oligomerek képződése befolyásolja a sejtmembrán permeabilitását és integritását, elősegítve a sejt pusztulását [27]. Míg számos tényező hozzájárulhat az aberráns -synuclein termeléshez és aggregációhoz, az egyik fő tényező a -synucleint kódoló SNCA gén mutációi, és ez a gén volt az első mutáció, amelyet autoszomális domináns PD-ben jelentettek [28], később a DLB-vel [28]. 8]. A -synuclein pontos fiziológiai funkciója még nem ismert, de a szinaptikus funkcióval kapcsolatos különféle szerepeket azonosították. Ezek a funkciók magukban foglalják a hólyagos klaszterezést, az újrahasznosítást és a szinaptikus vezikula tartalékkészlet karbantartását [29,30]. Ezenkívül kimutatták, hogy a -synuclein elősegíti a SNARE komplex képződését, ami fokozza a neurotranszmitterek felszabadulását [31]. Ezenkívül részt vesz az intracelluláris emberkereskedelem szabályozásában is a Rab GTPáz család több tagjával való kölcsönhatás révén [32], valamint a mikrotubulusok magképződésével és növekedési sebességével [33]. Más, PD-agyak adatain alapuló tanulmányok azt mutatják, hogy a -synuclein a DAT-aktivitás befolyásolásával a dopaminszintet is szabályozhatja [34]. A megnövekedett dopaminszint az oxidatív stressz következtében sejtkárosodáshoz vezethet [35]. A közelmúltban kimutatták, hogy a -synuclein gátolja a foszfolipáz D-t (PLD), amely a foszfatidil-kolin foszfatidsavvá történő átalakulásáért felelős, modulálva az idegrendszeri folyamatokat, például a növekedést, a differenciálódást, a neurotranszmitterek felszabadulását és a DA neurodegenerációját [36,37]. A -synucleinről beszámoltak arról is, hogy szerepet játszik a neurogyulladásban azáltal, hogy immunválaszt indít el. Az extracelluláris szinuklein kiválthatja az immunsejtek aktivációját és proliferációját, citokinszekréciót és fagocitózist [38,39].

-synuclein fenotípus SNCA-mutált iPSC-eredetű modellekben

Az iPSC-k számos előnnyel rendelkeznek a többi modellrendszerhez képest, korlátlan mennyiségben kínálnak klinikailag releváns emberi eredetű fenotípusos sejteket, miközben megőrzik a páciens eredeti genomi jellemzőit, beleértve a génmutációkat vagy a kromoszóma-rendellenességeket. A genetikai PD-vel kapcsolatos fő SNCA-változatokat, beleértve a triplikációkat/duplikációkat [40] és a missense pontmutációkat, mint az A53T [41], A30T [42] vagy E46K [9], iPSC-kben modellezték. A PD-betegeknél a triplikációk vagy az A53T SNCA-mutáció magas prevalenciája miatt az eddigi iPSC-modellek túlnyomó többsége erre a két mutációtípusra összpontosít, jellemző fenotípusaikat pedig a 2. ábra foglalja össze.

Az SNCA triplikáció iPSC modelljei

Az SNCA génszaporodás a PD fiatalabb megjelenésével és a tünetek súlyosbodásával jár. Az SNCA megháromszorozása az SNCA gén extra kópiáinak keletkezését és a vad típusú -synuklein túlzott expresszióját eredményezi, ami toxikus aggregátumok képződéséhez és széles körben elterjedt neuronális károsodáshoz vezet [43], ami arra utal, hogy a -synuclein dózisfüggő hatása van a betegség okozati összefüggésében. Az SNCA triplikációs hordozók súlyosabb fenotípussal jelennek meg, és a betegség gyorsabb progresszióját mutatják, mint a duplikációs hordozók, és sok esetben további motoros jellemzőket mutatnak [44]. A PD betegek agyának neuropatológiai vizsgálata SNCA triplikációval a substantia nigra súlyos degenerációját, a temporális kéregben figyelemreméltó neuronveszteséget és vakuolációt, valamint széles körben elterjedt Lewy-test-akkumulációt mutat [45]. Ez a patológia tükröződik az iPSC-eredetű, SNCA triplikációval rendelkező DA neuronokban, amelyek megnövekedett -synuclein mRNS szintet mutatnak, ami abnormális és megnövekedett fehérjeexpressziót eredményez [46]. Ezenkívül az iPSC-eredetű neuronok, amelyek ezt a mutációt hordozzák, magasabb szintű -synuclein foszforilációt mutatnak, ami általában megtalálható a PD agyban [47], valamint a -synuclein aggregátumok és Lewy testek abnormális növekedését [9,48].

Az iPSC-modellek mostanra kezdenek további információkkal szolgálni a mögöttes molekuláris útvonalakkal kapcsolatban az SNCA triplikációkkal. Az endoplazmatikus retikulum (ER) stressz és az unfolded protein response (UPR) aktiválódása aktiválódik az iPSC-eredetű neuronokban, amelyekben az SNCA triplikációja van [49]. Ez azt mutatja, hogy az ER milyen döntő szerepet játszik az aberráns fehérje-aggregátumok sejten belüli eltávolításában, ami ER-stresszhez és a kapcsolódó UPR-hez vezet, ha az ER kapacitást túllépik.

Az SNCA triplikációja befolyásolja a normál neuronális folyamatokat, és az iPSC modellek kimutatták, hogy az SNCA triplikációja megváltoztatja a neuronok differenciálódását és érését. SNCA triplikáció Az iPSC-eredetű neuronok nem képesek tipikus komplex neuronális hálózatot létrehozni, fenntartva proliferációs képességüket, és finom változásokat mutatnak a differenciálódási kapacitásban. Ezeket a változásokat tovább támasztják a differenciálódáshoz kapcsolódó gének, például a DLK, GABABR2 és NURR1 jelentős csökkenése, valamint a neurit kinövés hosszának csökkenése [46,47]. Ezek az adatok a regenerációs kapacitás elvesztésére utalnak, ami tovább súlyosbíthatja a neuronális veszteséget PD betegekben.

Bár a -synuclein túlnyomórészt a preszinaptikus idegvégződésekben lokalizálódik, egy kis része a sejtmagokban is megtalálható. Az SNCA triplikációval rendelkező iPSC neuronok genomszerkezetének megváltozását mutatják, ami DNS-károsodást eredményez [50]. Ezek az iPSC-eredetű neuronok rendellenes öregedési fenotípusokat fejeznek ki, amit tovább bizonyít a heterokromatin markerek csökkent expressziója, és rendellenes magburkot mutatnak [48], valamint befolyásolják a genom integritását, DNS-száltörést és sejthalált okozva [50].

A mitokondriális diszfunkció a neuronok elvesztésének gyakori jellemzője, és a -synuclein patológia által érintett fő organellum. Ezzel összhangban gyakran találnak mitokondriális károsodást az iPSC-eredetű SNCA triplikációs neuronokban [51]. A mitokondriális károsodás az energia-anyagcsere megváltozásaként nyilvánul meg olyan alapvető folyamatok megzavarása következtében, mint a légzési kapacitás és az ATP-termelés [52]. Ha az SNCA triplikációs iPSC-eredetű neuronokat alacsony koncentrációjú kalcium-ionofor ferritinnek vagy lézerrel indukált ROS-nak teszik ki, nagyobb érzékenységük van a permeabilitási átmeneti pórusok (PTP) kialakulására, mint a kontroll neuronok [53]. Számos tanulmány azt is bizonyítja, hogy az SNCA-mutációk megnövekedett alapérzékenységet okoznak a toxinok által kiváltott oxidatív stresszel szemben, amelyet fémion-kölcsönhatások súlyosbíthatnak [54]. Az SNCA-triplikációból származó iPSC-eredetű neuronok olyan toxinoknak való kitettsége, mint a 6OHDA, fokozott sejthalált és kaszpáz-3 aktivációt [47], valamint az autofagoszómák számának növekedését eredményezi [46]. Ezeket az eredményeket tovább támasztják az oxidatív stressz markerek, mint például a DNAJA1, HMOX2, UCHL1 és HSPB1, amelyek részt vesznek a sejt oxidatív károsodásokkal szembeni védelmében, valamint a MAOA, amely oxidatív stressz forrása, ha túlzottan expresszálódik ezekben a neuronokban. 55].

Cistanche tabletták

Az SNCA-A53T mutáció iPSC modelljei

Az A53T mutációt tartalmazó iPSC-eredetű neuronok a kontroll neuronokhoz képest nagyobb hajlamot mutatnak -synuclein oligomerek és aggregátumok termelésére. Ez jól illeszkedik ahhoz, amit az emberi agyban megfigyeltek ugyanazon mutációt hordozó betegeknél [41,56]. Az SNCA-A53T missense mutációt azonosították először, és ez a leggyakoribb mutáció a PD betegekben [28]. Az A53T mutáció hozzávetőleg 10-évvel korábbi kezdeti korhoz kapcsolódik, mint más missense point mutációk [44]. Az A53T mutáció stabilizálja a -synuclein fehérjét a lapokban, ami a fibrillumok képződésének gyorsabb üteméhez vezet, mint toxikus funkciónövekedés, hozzájárulva a családi PD korai megjelenéséhez [26,57]. Az iPSC-eredetű neuronok a fehérjetermelésben és a transzkripcióval kapcsolatos mRNS-ek szabályozási zavarait is mutatják az A53T-mutált -synuklein és az esszenciális transzkripciós faktorok, ribonukleoproteinek és riboszomális fehérjék kölcsönhatása miatt, a genomra kiterjedő elemzési jelentések alapján [58]. Egy másik tanulmány azonban a tetramerek/monomerek arányának csökkenését mutatta ki az SNCA-A53T iPSC-eredetű neuronokban a kontrollhoz képest, ami arra utal, hogy bizonyos konformációk, például a tetramerek stabilizálhatják a fehérjét, és megakadályozhatják az egyes oligomereknél megfigyelt toxikus hatásokat [59].

Amint az iPSC-eredetű neuronokban az SNCA triplikációjáról beszámoltunk, az SNCA-A53T iPSC-eredetű neuronokban az UPR rendszer is megszakadt. Ez az IRE faktor expressziójának csökkenésével jár, ami ebben a folyamatban lényeges komponens [60]. A lizoszómális stressz szorosan összefüggő útvonala az A53T mutációval rendelkező iPSC-eredetű neuronokban is megzavart, ahol a -synuclein megköti és deaktiválja az ykt6-ot, ami fehérje-aggregációt eredményez, amely toxikus lehet az idegsejtekre [61].

Hasonlóan az SNCA triplikációs neuronokban megfigyelt disztróf neurit mintázatokhoz, ez a helyzet az SNCA-A53T iPSC eredetű neuronokban is [56]. Az SNCA-A53T iPSC eredetű neuronokban duzzadt varicositások és nagyméretű szferoid zárványok, amelyek a korai neuritdegenerációhoz kapcsolódnak. Ezek a változások a neuronális hálózatok kialakulásának megzavarásához vezetnek, és jelentősen csökkentik a szinaptikus kontaktusokat [62]. Az SNCA-A53T iPSC-eredetű neuronok szinaptikus aktivitását veszélyezteti a megfigyelt fontos pre- és posztszinaptikus sejtadhéziós fehérjék downregulációja [62]. Ezen túlmenően ezeknek a folyamatoknak a károsodása a szinaptikus aktivitás megváltozásához vezet, nagyobb átlagos amplitúdóval több spontán Ca2 plusz tranziens esetén [56].

Az SNCA-A53T neuronokban az anterográd mitokondriális transzport folyamat megszakad, ami a jelek szerint összefügg a mikrotubulusok nitrálásával és a mitokondriális transzport komplexekkel való kölcsönhatás képtelenségével [63]. Hasonlóképpen, az SNCA-A53T iPSC-eredetű neuronok mitofagiás késleltetést mutatnak a Miro1, a mitokondriális transzportban részt vevő kulcsfontosságú fehérje upregulációjával kapcsolatban [64]. A mitokondriális morfológia is körkörösebb és elágazóbb alakra változik, ami jelentősen csökkenti a membránpotenciálját a mutált neuronokban [60]. Ezenkívül az antioxidáns útvonalak megemelkednek, valószínűleg a mitokondriális stressz növekedésére adott kompenzációs mechanizmusként. Feltételezések szerint ez a kataláz vagy a peroxiszóma-proliferátor által aktivált receptor-koaktivátor 1- (PGC1-) megnövekedett szintjének tudható be [60]. Mindezek a tényezők hozzájárulnak egy pro-apoptotikus fenotípushoz, amely az SNCA-A53T mutációval együtt jelen van. Növekszik az autofágiával kapcsolatos fehérjék, például a p62 vagy az LC3 autofagoszóma marker expressziója [60]. Ez a folyamat különösen súlyosbodik az SNCA-A53T iPSC-eredetű neuronokban a mezőgazdasági vegyszerekkel való érintkezést követően [41].

Az iPSC modellekben található -synuclein aggregációt és patológiát befolyásoló további tényezők

Bár a mutációk jelenléte az SNCA-ban kulcsfontosságú tényező, amely meghatározza a fehérje feltekeredését és toxikus fajokká történő aggregációját, más tényezők és változók is szerepet játszanak ebben a folyamatban. Az iPSC-eredetű neuronok, amelyekben más gének mutációi vannak, szintén -synuclein aggregációt és toxicitást mutatnak. Az iPSC-eredetű, LRRK2 G2019S mutációt hordozó neuronok megnövekedett -synukleinszinttel rendelkeznek, és jelentős aggregációt mutatnak a kontrollokhoz képest [65]. Ezenkívül ezek a neuronok érzékenyek a túlzott degenerációra, ha előre kialakított -synuklein fibrilláknak (PFF) vannak kitéve. Érdekes módon ez a hatás reverzibilisnek bizonyult, amikor a mutációt az izogén kontrollokban korrigálták, az aggregátumképződés mérséklődött [66]. Ezenkívül egy másik, a -synuclein aggregációt befolyásoló tényezőt találtak a tioredoxin-interacting protein (TXNIP) eltérő expressziója miatt LRRK2 G2019S mutációt tartalmazó iPSC eredetű neuronok organoid tenyészeteiben. A TXNIP-et korábban a PD kockázati tényezőjeként azonosították, mutációja és differenciált expressziója pedig a -synuclein felgyorsult felhalmozódását eredményezi az LRRK2 G2019S neuronokban [67]. A TXNIP mutációk az autofágia mechanizmusok hiányosságaihoz is kapcsolódnak, amelyek hozzájárulnak a szinuklein felhalmozódásának növekedéséhez az idegsejtekben [68]. Mindezek az adatok egybevágnak az emberi agymintákból származó bizonyítékokkal is, amelyek kiterjedt -synuclein patológiát mutatnak LRRK2 G2019S mutációval rendelkező PD betegekben [69].

Az E3 ubiquitin ligázt kódoló parkin gén (PARK2) egy másik fontos tényező a -synuclein iPSC vizsgálatában. A közelmúltban végzett vizsgálatok azt mutatják, hogy a PARK2-mutációt mutató betegek iPSC-eredetű neuronjaiban szignifikánsan megemelkedett a szinukleinszint és az aggregáció a kontrollvonalakhoz képest [70,71]. Azonban a Lewy-testek hiánya a PD-betegek parkinmutációkkal rendelkező agyában ezt a részletes összefüggést nem egyértelművé teszi, ami arra utal, hogy maga a parkin kölcsönhatásba léphet és mindenütt jelenhet meg a szinukleinnel kölcsönhatásba lépő fehérjével, a synphilinnel{10}}, és elősegítheti a Lewy-testek zárványait [72]. . Bizonyítékok vannak a PD ritka genetikai kockázati tényezőiről is, mint például a CHCHD2, amelyek az oldhatatlan szinuklein felhalmozódásának növekedését mutatják a CHCHD2 T61I mutációt hordozó iPSC-eredetű DA neuronokban [73].

Az iPSC modellrendszerek felbecsülhetetlen értékűek voltak ezeknek az összefüggéseknek a demonstrálásában, és rávilágítottak arra a hasznosságra és lehetőségre, amelyet az iPSC technológia hozhat a PD-ben előforduló -synuclein neurodegeneráció komplex molekuláris feltérképezésében.

Cistanche tubulosa

A betegségmodellek iPSC modelljeinek korlátai

Annak ellenére, hogy az iPSC technológia számos előnyt kínál a betegségek modellezésében, még mindig vannak korlátok és kihívások, amelyeket le kell küzdeni. Először is, a leggyakoribb kihívás a tumorigenitás, amely a retrovirális és lentivírus újraprogramozási módszerekkel történő újraprogramozási folyamat során indukálható. Az újraprogramozási folyamat ismeretlen vagy nem mért hatásai potenciálisan zavaró tényezőt jelentenek az iPSC-k, mint betegség-specifikus modellek valóban reprezentatív jellegének értékelésében. Meg kell azonban jegyezni, hogy az újabb protokollok integrációmentes módszereket használnak, mint például a Sendai vírus vagy a DNS vektorok, és bizonyos módon minimalizálják ezeket a problémákat [74,75]. Egy másik akadály, amely jól ismert az őssejt-vizsgálatokkal kapcsolatban, a különböző donoroktól vagy ugyanattól a donortól származó klónoktól származó iPSC-k belső variabilitása, ezt a változatosságot bizonyos esetekben nehéz összeegyeztetni, mivel ez lehet beteg-hatás vagy protokollhatás. Az újraprogramozás célja a donor sejtek epigenetikus ujjlenyomatának teljes visszaállítása, ami valójában bizonyos sejttípusokba való torz differenciálódási potenciálhoz vezethet [76], azonban egyes adatok azt mutatják, hogy az epigenetikus memória idővel csökken a tenyészetben [77]. . Az iPSC-k egyik fő korlátja a PD modellezésben az öregedő fenotípusú DA neuronok generálása. Tanulmányok kimutatták, hogy az újraprogramozási folyamat visszaállítja az elöregedett sejtet egy fiatalabb állapotba, a fenotípusok hosszabb telomerekkel, csökkent oxidatív stresszel és kompetens mitokondriális szerveződéssel [78,79]. Jellemzően minden sejt számos minőség-ellenőrzési intézkedést alkalmaz a normál fiziológiai funkció védelmére, így lehetséges, hogy a fenotípusos hibák csak akkor jelentkeznek, ha a védőutak felbomlanak. Így egy elöregedett fenotípus előállítása összetett feladat, de néhány friss adat arra utal, hogy az idő előtti fenotípus előidézésének lehetősége progerin, az A-lamin csonka formájának hozzáadásával jár együtt, ami a korai öregedéssel [80] és a telomeráz gátlással [81] társul. Vannak problémák, amikor iPSC-eredetű neuronokat használnak a betegségek és különösen az életkorral összefüggő betegségek modellezésére. A kihívások és a lehetséges buktatók ellenére az iPSC-eredetű neuronok értékes erőforrást jelentenek a szinuklein patológia modellezésében.

Jövőbeli irányok a -synuclein patológia iPSC modelljeivel

Az iPSC-eredetű neuronok lehetővé teszik számunkra, hogy „betegséget hozzunk létre egy edényben”, de megkönnyítik a betegségi állapotok alapjául szolgáló fiziológiai utak in vitro részletes tanulmányozását is. -synuclein aggregált fajok találhatók a legtöbb agyi PD-beteg agyában, és az iPSC-k hatékony eszközt jelentenek a -synuklein és a neurodegeneráció közötti kapcsolat tanulmányozására, a -synuklein fiziológiai és patofiziológiai szerepének feltárására. A PD-vel kapcsolatos specifikus genetikai mutációk neuronális iPSC-eredetű modelljeiből származó adatok egyre nőnek, és erős korrelációt mutatnak az emberi agyminták adataival [9]. Pontosabban, a PD-populációban elterjedt SNCA-mutációk esetében rendkívül fontos, hogy az iPSC-k mint modell erősen összefoglalják a betegség állapotát. Az itt áttekintett adatok arra utalnak, hogy az iPSC-k valóban kiváló modellek az SNCA-mutációk fiziológiájának és patofiziológiájának tanulmányozására.

Az SNCA-mutációk jellemzően a Lewy-testekben lévő -synuclein és más fehérjék stabilizálását és aggregációját vagy fibrillációját eredményezik. Amint ezek az aggregált fajok jelen vannak a sejtben, kölcsönhatásba lépnek más sejtszerkezetekkel, például mikrotubulusokkal, ami rontja az axonális mitokondriális transzportot, és végül a szinaptikus terminálisok degenerációjához és sejtvesztéshez vezet [9,26]. Emellett fontos mitokondriális funkciókat is megzavarnak a -synuclein oligomerek ATP szintázokkal való kölcsönhatása, mint például a PTP-k felnyílása, a légzés károsodása és a lipid-peroxidáció indukciója [53]. Ezenkívül a -synuclein aggregálja a kölcsönhatást a mitofagiában részt vevő fehérjékkel, és megakadályozza a hibás mitokondriumok megfelelő kiürülését a sejten belül [64]. A -synuclein oligomerek és fémionok kölcsönhatásairól azt is felvetették, hogy szabad gyökök képződését idézik elő a neuronokban, ami a normál sejtfiziológia megzavarásához vezet, ami sejthalálhoz vezet [54]. Az iPSC-eredetű neuronok által megjelenített fenotípusok többsége az emberi agyban is megtalálható, ami rávilágít arra, hogy az iPSC modellezés nemcsak a sejt fiziológiai és kóros állapotának utánzására alkalmas, hanem potenciális szerepük arra is, hogy platformként olyan új adatokat tárjanak fel, amelyek korábban már létezhettek. elhunyt betegek agybiopsziájának gyűjtésére támaszkodott.

Az iPSC-kkel végzett betegségek modellezése fontos alátámasztó bizonyítékot szolgáltatott arra vonatkozóan, hogy más sejtmechanizmusok károsodása egyes esetekben -synuklein aggregációt és felhalmozódást válthat ki. A mutációkat hordozó PD betegek iPSC-eredetű neuronjai az LRRK2-ben vagy a parkinban kiemelik ezeket a kölcsönhatásokat. Például a synphilin-1 ubiquitinációja az iPSC-eredetű, parkin mutációt hordozó neuronokban köztes szerepet játszik a Lewy-testképződés indukálásában [72]. Ezenkívül az egyik kulcsfontosságú mechanizmus, amely hozzájárul a szinuklein felhalmozódásához, a hibás autofágia és a lizoszómális proteolízis, amelyek létfontosságú szerepet játszanak a hibás aggregátumok eltávolításában. Ezekről a folyamatokról kimutatták, hogy az LRRK2-mutációval rendelkező iPSC-eredetű neuronok sérülnek [68,82]. Ezekben a vizsgálatokban az iPSC-eredetű neuronok olyan fenotípusokat mutatnak, amelyek szorosan összhangban vannak az emberi agymintáknál leírtakkal. A PD agyban gyakran előforduló -synuclein aggregátumok okának felmérése bonyolult és a mai napig sikertelennek bizonyult.

Herba Cistanche

Míg a szinuklein aggregáció végleges szerepe a PD patológiában még mindig nem tisztázott, az irodalom rendkívül összetett kölcsönhatást mutat ezen aggregált fajok és a sejten belüli sok más fehérje között, ami a sejtútvonal károsodásának lépcsőzetes károsodását hozza létre, ami a hibás fehérje aggregációhoz vezet. degeneráció. Ebben a széles és bonyolult molekuláris környezetben a PD betegek iPSC-eredetű modelljei segíthetnek azonosítani a patológiában előforduló leggyakoribb mutációk hatását, és nagy pontossággal képesek utánozni a PD agy sejtfolyamatait. Ezenkívül ez a „betegség az edényben” modellezési rendszer elősegítheti a nagy áteresztőképességű gyógyszerek felfedezését és a sejtterápiás megközelítések kutatását. A CRISPR-Cas9 technológiával és az iPSC-kkel kombinált jövőbeli munka forradalmasíthatja a synucleinopathiák megközelítését a káros mutációk pótlására vagy a kulcsfontosságú betegséggénekből a szaporodások törlésére [83], vagy valójában a kapcsolódó mechanizmusok, például a poszttranszlációs módosulásokban részt vevő hisztonok modulálására [83]. 84].

A több modellrendszeren eddig végzett kiterjedt munka erősen arra utal, hogy a -synuclein aggregátumok, oligomerek és fibrillumok jelenléte központi szerepet játszik a PD-vel kapcsolatos DA neurodegenerációban. Az iPSC-ket használó javuló, a betegség szempontjából releváns platformbázissal és a betegség állapotáról való ismereteink gyors növekedésével a jövő fényesnek tűnik a szinukleinopátiákat megcélzó terápiák számára.

Hivatkozások

1. Tsuiji, H. és Yamanaka, K. (2014) Animal model for neurodegenerative disorders. Animal Biotechnology, 39–56. o., Elsevier,

2. Bourdenx, M., Koulakiotis, NS, Sanoudou, D., Bezard, E., Dehay, B. and Tsarbopoulos, A. (2017) Protein aggregation and neurodegeneration in prototypical neurodegenerative betegségek: examples of amyloidopathies, tauopathies, and synucleinopathies . Prog. Neurobiol. 155, 171–193,

3. Madabhushi, R., Pan, L. és Tsai, L.-H. (2014) DNS-károsodás és kapcsolatai a neurodegenerációval. Neuron 83, 266–282,

4. Rekatsina, M., Paladini, A., Piroli, A., Zis, P., Pergolizzi, JV and Varrassi, G. (2020) Az oxidatív stressz és a neurodegeneratív betegségek kórélettana és terápiás perspektívái: narratív áttekintés. Adv. Ott. 37, 113–139,

5. Kovács, GG (2016) A neurodegeneratív betegségek molekuláris patológiai osztályozása: fordulás a precíziós orvoslás felé. Int. J. Mol. Sci. 17,

6. Kovács, GG (2017) A neurodegeneratív betegségek fogalmai és osztályozása. Handb. Clin. Neurol. 145, 301–307,

7. Kiely, AP, Asi, YT, Kara, E., Limousin, P., Ling, H., Lewis, P. et al. (2013) - G51D SNCA mutációval kapcsolatos szinukleinopátia: kapcsolat a Parkinson-kór és a többszörös rendszeres atrófia között? Acta Neuropathol. 125, 753–769,

8. Zarranz, JJ, Alegre, J., G´omez-Esteban, JC, Lezcano, E., Ros, R., Ampuero, I. et al. (2004) Az alfa-synuclein új mutációja, az E46K Parkinson- és Lewy-testi demenciát okoz. Ann. Neurol. 55, 164–173,

9. Prots, I., Grosch, J., Brazdis, R.-M., Simmnacher, K., Veber, V., Havlicek, S. et al. (2018) - A szinuklein-oligomerek korai axonális diszfunkciót indukálnak a synucleinopathiák humán iPSC-alapú modelljében. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 115, 7813–7818,

10. McCann, H., Stevens, CH, Cartwright, H. és Halliday, GM (2014) - Synucleinopathia fenotípusai. Parkinsonizmus Relat. Zavar. 20, S62–S67,

11. Takahashi, K., Tanabe, K., Ohnuki, M., Narita, M., Ichisaka, T., Tomoda, K. et al. (2007) Pluripotens őssejtek indukciója felnőtt humán fibroblasztokból meghatározott tényezők által. 131. cella, 861–872,

12. Vogel, G. (2010) Őssejtek. Betegségek egy edényben felszállnak. Science 330, 1172–1173,

13. Avazzadeh, S., Baena, JM, Keighron, C., Feller-Sanchez, Y. és Quinlan, LR (2021): Parkinson-kór modellezése: iPSC-k a humán patológia jobb megértése felé. 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) A9 középagyi dopaminerg neuronok hatékony generálása az LMX1A lentivírusos bejuttatásával humán embrionális őssejtekben és indukált pluripotens őssejtekben. Zümmögés. Gene Ther. 23, 56–69,

15. Chambers, SM, Fasano, CA, Papapetrou, EP, Tomishima, M., Sadelain, M. and Studer, L. (2009) Humán ES és iPS sejtek rendkívül hatékony neurális konverziója az SMAD jelátvitel kettős gátlásával. Nat. Biotechnol. 27, 275–280,

16. Kriks, S., Shim, J.-W., Piao, J., Ganat, YM, Wakeman, DR, Xie, Z. et al. (2011) Az emberi ES sejtekből származó dopamin neuronok hatékonyan beépülnek a Parkinson-kór állatmodelljébe. Nature 480, 547–551,

17. Theka, I., Caiazzo, M., Dvoretskova, E., Leo, D., Ungaro, F., Curreli, S. et al. (2013) Funkcionális dopaminerg neuronok gyors generálása humán indukált pluripotens őssejtekből egylépéses eljárással, sejtvonal transzkripciós faktorok felhasználásával. Stem Cells Transl. Med. 2, 473–479,

18. Wang, M., Ling, K.-H., Tan, JJ és Lu, C.-B. (2020) A középagyi dopaminerg neuron fejlődése és differenciálódása: a padtól az ágyig. 9. cellák,

19. Marton, RM és Ioannidis, JPA (2019) A dopaminerg neuronok humán pluripotens őssejtekből való származtatására vonatkozó protokollok átfogó elemzése. Stem Cells Transl. Med. 8, 366–374,

20. Maroteaux, L., Campanelli, JT és Scheller, RH (1988) Synuclein: neuron-specifikus fehérje, amely a sejtmagban és a preszinaptikus idegvégződésben helyezkedik el. J. Neurosci. 8, 2804–2815,

21. Uversky, VN, Li, J. és Fink, AL (2001) Bizonyíték egy részlegesen összehajtott intermedierre az alfa-synuclein fibrillum képződésében. J. Biol. Chem. 276, 10737–10744,

22. Theillet, F.-X., Binolfifi, A., Bekei, B., Martorana, A., Rose, HM, Stuiver, M. et al. (2016) A monomer -synuclein szerkezeti rendellenessége továbbra is fennáll az emlőssejtekben. Nature 530, 45–50,

23. Buell, AK, Galvagnion, C., Gaspar, R., Sparr, E., Vendruscolo, M., Knowles, TPJ et al. (2014) Az oldat körülményei meghatározzák a magképző és növekedési folyamatok relatív jelentőségét a szinuklein aggregációban. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 111, 7671–7676,

24. Rovere, M., Sanderson, JB, Fonseca-Ornelas, L., Patel, DS and Bartels, T. (2018) Refolding of helical soluble -synuclein through tranziens interaction with lipid interfaces. FEBS Lett. 592, 1464–1472,

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

26. Bertoncini, CW, Fernandez, CO, Griesinger, C., Jovin, TM és Zweckstetter, M. (2005) A megnövekedett neurotoxicitású alfa-synuclein családi mutánsai destabilizált konformációval rendelkeznek. J. Biol. Chem. 280, 30649-30652,

27. Winner, B., Jappelli, R., Maji, SK, Desplats, PA, Boyer, L., Aigner, S. et al. (2011) In vivo demonstráció, hogy az alfa-synuclein oligomerek mérgezőek. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108, 4194–4199,

28. Polymeropoulos, MH, Lavedan, C., Leroy, E., Ide, SE, Dehejia, A., Dutra, A. et al. (1997) Parkinson-kóros családokban azonosított mutáció az alfa-synuclein génben. Science 276, 2045–2047,

29. Lashuel, HA, Overk, CR, Oueslati, A. és Masliah, E. (2013) A -synuclein sok oldala: a szerkezettől és a toxicitástól a terápiás célpontig. Nat. Neurosci tiszteletes. 14, 38–48,

30. Cabin, DE, Shimazu, K., Murphy, D., Cole, NB, Gottschalk, W., McIlwain, KL et al. (2002) A szinaptikus vezikulák kimerülése korrelál a hosszan tartó ismétlődő stimulációra adott gyengített szinaptikus válaszokkal olyan egerekben, amelyekben nincs alfa-synuclein. J. Neurosci. 22, 8797–8807,

31. Burr´e, J., Sharma, M., Tsetsenis, T., Buchman, V., Etherton, MR és S¨udhof, TC (2010) Az alfa-synuclein elősegíti a SNARE-komplex összeállítását in vivo és in vitro. Science 329, 1663–1667,

32. Miraglia, F., Ricci, A., Rota, L. and Colla, E. (2018) Az alfa-synuclein aggregátumok szubcelluláris lokalizációja és kölcsönhatásuk a membránokkal. Neurális Regen. Res. 13, 1136–1144,

33. Carnwath, T., Mohammed, R. és Tsiang, D. (2018) A -synuclein közvetlen és közvetett hatásai a mikrotubulusok stabilitására a Parkinson-kór patogenezisében. Neuropsychiatr. Dis. Csemege. 14, 1685–1695,

34. Wersinger, C. és Sidhu, A. (2003) A dopamin transzporter aktivitásának csillapítása -synuclein által. Neurosci. Lett. 340, 189–192,

35. Lee, FJ, Liu, F., Pristupa, ZB és Niznik, HB (2001) Az alfa-synuclein közvetlen kötődése és funkcionális kapcsolódása a dopamin transzporterekhez felgyorsítja a dopamin által kiváltott apoptózist. 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) az alfa-synuclein kölcsönhatásba lép a foszfolipáz D izoenzimekkel, és gátolja a pervanadát által kiváltott foszfolipáz D aktivációt humán embrionális vese{8}} sejtekben. J. Biol. Chem. 277, 12334–12342,

37. Gorbatyuk, OS, Li, S., Nguyen, FN, Manfredsson, FP, Kondrikova, G., Sullivan, LF et al. (2010) - Patkány substantia nigrában a szinuklein expresszió elnyomja a foszfolipáz D2 toxicitást és a nigrális neurodegenerációt. Mol. Ott. 18, 1758–1768,

38. Ferreira, SA és Romero-Ramos, M. (2018) Microglia válasz Parkinson-kór alatt: alfa-synuclein intervenció. Elülső. Sejt. Neurosci. 12, 247,

39. Grozdanov, V. és Danzer, KM (2020) Intracelluláris alfa-synuklein és immunsejtek működése. Elülső. Cell Dev. Biol. 8, 562692,

40. Devine, MJ, Ryten, M., Vodicka, P., Thomson, AJ, Burdon, T., Houlden, H. et al. (2011) A Parkinson-kór pluripotens őssejteket indukált a -synuclein lókusz triplikációjával. Nat. Commun. 2, 440,

41. Ryan, SD, Dolatabadi, N., Chan, SF, Zhang, X., Akhtar, MW, Parker, J. et al. (2013) Az izogén humán iPSC Parkinson-modell nitrozatív stressz által kiváltott diszfunkciót mutat a MEF2-PGC1 transzkripciójában. 155. cella, 1351–1364,

42. Barbuti, P., Antony, P., Santos, B., Massart, F., Cruciani, G., Dording, C. et al. (2020) A nagy tartalmú szűrés segítségével egysejtű, gén-korrigált, betegből származó iPS-klónokat állítanak elő, és a Parkinson-kór családos A30P pontmutációjával több alfa-szinukleint tárnak fel. 9. cellák,

43. Deng, H. és Yuan, L. (2014) Genetikai változatok és állatmodellek SNCA-ban és Parkinson-kórban. Aging Res. Rev. 15, 161–176,

44. Kasten, M. and Klein, C. (2013) The many faces of alfa-synuclein mutations. Hétfő Zavar. 28, 697–701,

45. Singleton, AB, Farrer, M., Johnson, J., Singleton, A., Hague, S., Kachergus, J. et al. (2003) az alfa-synuclein lókusz triplikációja Parkinson-kórt okoz. Science 302, 841,

46. ​​Oliveira, LMA, Falomir-Lockhart, LJ, Botelho, MG, Lin, KH, Wales, P., Koch, JC et al. (2015) Az SNCA gén triplikációja által okozott megemelkedett -synuclein károsítja a neuronok differenciálódását és érését a Parkinson-kórban szenvedő betegek által indukált pluripotens őssejtekben. Cell Death Dis. 6, e1994,

47. Lin, L., G¨oke, J., Cukuroglu, E., Dranias, MR, VanDongen, AMJ és Stanton, LW (2016) A genetikailag változatos Parkinson-kórban szenvedő betegek in vitro modellezésével azonosított neurodegeneráció mögötti molekuláris jellemzők. Cell Rep. 15, 2411–2426,

48. Tagliafifierro, L., Zamora, ME and Chiba-Falek, O. (2019) Az SNCA lókusz szaporodása súlyosbítja a neuronális nukleáris öregedést. Zümmögés. Mol. Közönséges petymeg. 28, 407–421,

49. Heman-Ackah, SM, Manzano, R., Hoozemans, JJM, Scheper, W., Flynn, R., Hagerty, W. et al. (2017) Az alfa-synuclein indukálja a kibontott fehérje választ a Parkinson-kór SNCA triplikációjával iPSC-eredetű neuronokban. Zümmögés. Mol. Közönséges petymeg. 26, 4441–4450,

50. Vasquez, V., Mitra, J., Hegde, PM, Pandey, A., Sengupta, S., Mitra, S. et al. (2017) A kromatinhoz kötött oxidált szinuklein száltöréseket okoz a neuronális genomokban a Parkinson-kór in vitro modelljeiben. J. Alzheimer's Dis. 60, S133–S150,

51. Brazdis, R.-M., Alecu, JE, Marsch, D., Dahms, A., Simmnacher, K., L¨orentz, S. et al. (2020) Az agyi régió-specifikus neuronális sebezhetőség bemutatása a családi Parkinson-kór humán iPSC-alapú modelljében. Zümmögés. Mol. Közönséges petymeg. 29, 1180–1191,

52. Flierl, A., Oliveira, LMA, Falomir-Lockhart, LJ, Mak, SK, Hesley, J., Soldner, F. et al. (2014) Az alfa-synuclein gén triplikációját hordozó neuronális prekurzor sejtek nagyobb sebezhetősége és stresszérzékenysége. PLoS ONE 9, e112413,

53. Ludtmann, MHR, Angelova, PR, Horrocks, MH, Choi, ML, Rodrigues, M., Baev, AY et al. (2018) - A szinuklein oligomerek kölcsönhatásba lépnek az ATP-szintázzal, és megnyitják a permeabilitás átmeneti pórusait Parkinson-kórban. Nat Commun. 9, 2293,

54. Deas, E., Cremades, N., Angelova, PR, Ludtmann, MHR, Yao, Z., Chen, S. et al. (2016) Az alfa-synuclein oligomerek kölcsönhatásba lépnek fémionokkal, hogy oxidatív stresszt és neuronhalált indukáljanak Parkinson-kórban. Antioxidáns. Redox jel. 24, 376–391,

55. Byers, B., Cord, B., Nguyen, HN, Sch¨ule, B., Fenno, L., Lee, PC et al. (2011) SNCA triplikáció A Parkinson-kóros beteg iPSC-eredetű DA neuronjai -synucleint halmoznak fel, és érzékenyek az oxidatív stresszre. PLoS ONE 6, e26159,

56. Zygogianni, O., Antoniou, N., Kalomoiri, M., Kouroupi, G., Taoufifik, E. and Matsas, R. (2019) Családi Parkinson-kór in vivo fenotipizálása humán indukált pluripotens őssejtekkel: bizonyíték fogalmi tanulmány. Neurochem. Res. 44, 1475–1493,

57. Conway, KA, Harper, JD és Lansbury, PT (1998) Felgyorsította az in vitro fibrillumok képződését egy mutáns alfa-synuclein által, amely a korai megjelenésű Parkinson-kórhoz kapcsolódik. Nat. Med. 4, 1318–1320,

58. Khurana, V., Peng, J., Chung, CY, Auluck, PK, Fanning, S., Tardiff, DF et al. (2017) A genom szintű hálózatok specifikus molekuláris útvonalakon keresztül kapcsolják össze a neurodegeneratív betegségek génjeit a -synucleinnel. Cell System. 4, 157.e14–170.e14,

59. Dettmer, U., Newman, AJ, Soldner, F., Luth, ES, Kim, NC, von Saucken, VE et al. (2015) A Parkinson-kórt okozó synuclein missense mutációk a natív tetramereket monomerekké tolják el, mint a betegség kiváltásának mechanizmusát. Nat. Commun. 6, 7314,

60. Zambon, F., Cherubini, M., Fernandes, HJR, Lang, C., Ryan, BJ, Volpato, V. et al. (2019) A sejt-synuclein patológia bioenergetikai diszfunkcióhoz kapcsolódik a Parkinson-kór iPSC-eredetű dopamin neuronjaiban. Zümmögés. Mol. Közönséges petymeg. 28, 2001–2013,

61. Cuddy, LK, Wani, WY, Morella, ML, Pitcairn, C., Tsutsumi, K., Fredriksen, K. et al. (2019) A stressz által kiváltott celluláris clearance-t a SNARE ykt6 fehérje közvetíti, és a -synuclein megzavarja. Neuron 104, 869.e11–884.e11,

62. Kouroupi, G., Taoufifik, E., Vlachos, IS, Tsioras, K., Antoniou, N., Papastefanaki, F. et al. (2017) Hibás szinaptikus kapcsolat és axonális neuropatológia a családi Parkinson-kór humán iPSC-alapú modelljében. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 114, E3679–E3688,

63. Stykel, MG, Humphries, K., Kirby, MP, Czaniecki, C., Wang, T., Ryan, T. et al. (2018) A mikrotubulusok nitrálása blokkolja az axonális mitokondriális transzportot a Parkinson-kór humán pluripotens őssejtmodelljében. FASEB J. 32, 5350–5364,

64. Shaltouki, A., Hsieh, C.-H., Kim, MJ és Wang, X. (2018) Az alfa-synuclein késlelteti a mitofagiát, a Miro célba vétele pedig megmenti a neuronok elvesztését Parkinson-modellekben. Acta Neuropathol. 136, 607–620,

65. Nguyen, HN, Byers, B., Cord, B., Shcheglovitov, A., Byrne, J., Gujar, P. et al. (2011) Az LRRK2 mutáns iPSC-eredetű DA neuronok fokozott érzékenységet mutatnak az oxidatív stresszel szemben. Cell Stem Cell 8, 267–280,

66. Bieri, G., Brahic, M., Bousset, L., Couthouis, J., Kramer, NJ, Ma, R. et al. (2019) Az LRRK2 módosítja az -syn patológiát és terjedését egérmodellekben és emberi neuronokban. Acta Neuropathol. 137, 961–980,

67. Kim, H., Park, HJ, Choi, H., Chang, Y., Park, H., Shin, J. et al. (2019) A G2019S-LRRK2 sporadikus Parkinson-kór modellezése 3D középagyi organoidokban. Stem Cell Rep. 12, 518–531,

68. Reinhardt, P., Schmid, B., Burbulla, LF, Sch ¨ondorf, DC, Wagner, L., Glatza, M. et al. (2013) Az LRRK2 mutáció genetikai korrekciója emberi iPSC-ben a parkinson neurodegenerációt a génexpresszió ERK-függő változásaihoz köti. Sejt őssejt. 12, 354–367,

69. Schiesling, C., Kieper, N., Seidel, K. és Kr¨uger, R. (2008) Áttekintés: Családi Parkinson-kór – genetika, klinikai fenotípus és neuropatológia a betegség gyakori szórványos formájáról. Neuropathol. Appl. Neurobiol. 34, 255–271,

70. Shaltouki, A., Sivapatham, R., Pei, Y., Gerencser, AA, Momˇcilovi ´c, O., Rao, MS et al. (2015) Mitokondriális változások PARKIN által dopaminerg neuronokban PARK2 betegspecifikus és PARK2 knockout izogén iPSC vonalak használatával. Stem Cell Rep. 4, 847–859,

71. Imaizumi, Y., Okada, Y., Akamatsu, W., Koike, M., Kuzumaki, N., Hayakawa, H. et al. (2012) Mitokondriális diszfunkció, amely a PARK2 iPSC-eredetű neuronjaiban és a posztmortem agyszövetben fokozott oxidatív stresszel és szinuklein-felhalmozódással jár. Mol. Brain 5, 35,

72. Chung, KK, Zhang, Y., Lim, KL, Tanaka, Y., Huang, H., Gao, J. et al. (2001) A Parkin ubiquitinálja az alfa-synucleinnel kölcsönhatásba lépő fehérjét, a synphilint-1: következményei a Lewy-test kialakulásában Parkinson-kórban. Nat. Med. 7, 1144–1150,

73. Ikeda, A., Nishioka, K., Meng, H., Takanashi, M., Hasegawa, I., Inoshita, T. et al. (2019) A CHCHD2 mutációi -synuklein aggregációt okoznak. Zümmögés. Mol. Közönséges petymeg. 28, 3895–3911,

74. Papapetrou, EP és Sadelain, M. (2011) Transzgénmentes humán indukált pluripotens őssejtek generálása egy kivágható egyetlen policisztronos vektorral. Nat. Protoc. 6, 1251–1273,

75. Narsinh, KH, Jia, F., Robbins, RC, Kay, MA, Longaker, MT és Wu, JC (2011) Felnőtt ember által indukált pluripotens őssejtek generálása nem vírusos minicircle DNS vektorok segítségével. Nat. Protoc. 6, 78–88,

76. Kim, K., Zhao, R., Doi, A., Ng, K., Unternaehrer, J., Cahan, P. et al. (2011) A donor sejttípus befolyásolhatja a humán indukált pluripotens őssejtek epigenomját és differenciálódási potenciálját. Nat. Biotechnol. 29, 1117–1119,

77. Nishino, K., Toyoda, M., Yamazaki-Inoue, M., Fukawatase, Y., Chikazawa, E., Sakaguchi, H. et al. (2011) DNS-metiláció dinamikája humán indukált pluripotens őssejtekben az idő múlásával. PLoS Genet. 7, e1002085,

78. Yehezkel, S., Rebibo-Sabbah, A., Segev, Y., Zuckerman, M., Shaked, R., Huber, I. et al. (2011) Telomer régiók újraprogramozása a humán indukált pluripotens őssejtek generálása során, majd az ezt követő differenciálódás fibroblaszt-szerű származékokká. Epigenetics 6, 63–75,

79. Rohani, L., Johnson, AA, Arnold, A. and Stolzing, A. (2014) The aging signature: a markmark of induced pluripotent stem cell? Aging Cell 13, 2-7,

80. Miller, JD, Ganat, YM, Kishinevsky, S., Bowman, RL, Liu, B., Tu, EY et al. (2013) A késői betegség humán iPSC-alapú modellezése progerin által kiváltott öregedés útján. Cell Stem Cell 13, 691–705,

81. Vera, E., Bosco, N. és Studer, L. (2016) Késői kezdetű humán iPSC-alapú betegségmodellek generálása neuronális életkorral összefüggő fenotípusok indukálásával telomeráz manipulációval. 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. és munkatársai. (2012) Betegség-specifikus fenotípusok dopamin neuronokban a genetikai és szórványos Parkinson-kór humán iPS-alapú modelljeiből. EMBO Mol. Med. 4, 380–395,

83. Safari, F., Hatam, G., Behbahani, AB, Rezaei, V., Barekati-Mowahed, M., Petramfar, P. et al. (2020) CRISPR rendszer: nagy áteresztőképességű eszköztár a Parkinson-kór kutatására és kezelésére. Sejt. Mol. Neurobiol. 40, 477–493, h

84. Guhathakurta, S., Kim, J., Adams, L., Basu, S., Song, MK, Adler, E. et al. (2021) Az emelkedett hisztonjelek célzott csillapítása az SNCA-ban enyhíti a -synucleint Parkinson-kórban. EMBO Mol. Med. 13, e12188,

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

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

2. C´URAM SFI Orvosi Eszközök Kutatási Központja, az Ír Nemzeti Egyetem Galway, Galway, Írország