Прямое репрограммирование соматических клеток кожи человека с болезнью Хантингтона в нейроны стриатума для создания моделей патологии

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Разработана новая in vitro модель болезни Хантингтона (БХ), основанная на прямом репрограммировании дермальных фибробластов пациента с данным генетическим заболеванием в нейроны стриатума. Прямое репрограммирование позволяет получать нейроны, исключая этап репрограммирования в индуцированные плюрипотентные стволовые (iPS) клетки, при котором происходит потеря эпигенетической информации, заложенной в клетках конкретного донора, а следовательно, и возраст-ассоциированный фенотип заболевания. Новая модель воспроизводит основный гистопатологический признак болезни Хантингтона – накопление агрегатов мутантного белка хантингтина в нейронах стриатума, полученных из фибробластов больного. Проведение экспериментов на нейронах пациентов в культуре, полученных при помощи прямого репрограммирования, позволяет индивидуально оценить степень прогрессирования нейропатологии и осуществить персонализированный подход в выборе стратегии лечения и подборе лекарственных препаратов для терапии. Модель болезни Хантингтона in vitro может также быть использована для доклинических исследований лекарственных препаратов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Н. А. Красковская

Институт цитологии Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: ninakraskovskaya@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург

М. Г. Хотин

Институт цитологии Российской академии наук

Email: ninakraskovskaya@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург

А. Н. Томилин

Институт цитологии Российской академии наук

Email: ninakraskovskaya@gmail.com

член-корреспондент РАН

Россия, Санкт-Петербург

Н. А. Михайлова

Институт цитологии Российской академии наук

Email: ninakraskovskaya@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. A novel gene containing a trinucleotide repeat that is expanded and unstable on Huntington's disease chromosomes. The Huntington's Disease Collaborative Research Group // Cell. 1993. V. 72. P. 971–983.
  2. DiFiglia M., Sapp E., Chase K. O., Davies S. W., Bates G. P., Vonsattel J. P., Aronin N. Aggregation of huntingtin in neuronal intranuclear inclusions and dystrophic neurites in brain // Science. 1997. V. 277. P. 1990–1993.
  3. Takahashi K., Yamanaka S. Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors // Cell. 2006. V. 126. P. 663–676.
  4. Consortium H. D.i. Induced pluripotent stem cells from patients with Huntington's disease show CAG-repeat-expansion-associated phenotypes // Cell Stem Cell. 2012. V. 11. P. 264–278.
  5. Nekrasov E. D., Vigont V. A., Klyushnikov S. A., Lebedeva O. S., Vassina E. M., Bogomazova A. N., Chestkov I. V., Semashko T. A., Kiseleva E., Suldina L. A., Bobrovsky P. A., Zimina O. A., Ryazantseva M. A., Skopin A. Y., Illarioshkin S. N., Kaznacheyeva E. V., Lagarkova M. A., Kiselev S. L. Manifestation of Huntington's disease pathology in human induced pluripotent stem cell-derived neurons // Mol Neurodegener. 2016. V. 11. P. 27.
  6. Vigont V., Nekrasov E., Shalygin A., Gusev K., Klushnikov S., Illarioshkin S., Lagarkova M., Kiselev S. L., Kaznacheyeva E. Patient-Specific iPSC-Based Models of Huntington's Disease as a Tool to Study Store-Operated Calcium Entry Drug Targeting // Front Pharmacol. 2018. V. 9. P. 696.
  7. Tang Y., Liu M. L., Zang T., Zhang C. L. Direct Reprogramming Rather than iPSC-Based Reprogramming Maintains Aging Hallmarks in Human Motor Neurons // Front Mol Neurosci. 2017. V. 10, 359.
  8. Horvath S. DNA methylation age of human tissues and cell types // Genome Biol. 2013. V. 14. P. R115.
  9. Le Cann K., Foerster A., Rosseler C., Erickson A., Hautvast P., Giesselmann S., Pensold, D., Kurth I., Rothermel M., Mattis V. B., Zimmer-Bensch G., von Horsten S., Denecke B., Clarner T., Meents J., Lampert A. The difficulty to model Huntington's disease in vitro using striatal medium spiny neurons differentiated from human induced pluripotent stem cells // Sci Rep. 2021. V. 11. P. 6934.
  10. Machiela E., Jeloka R., Caron N. S., Mehta S., Schmidt M. E., Baddeley H. J.E., Tom C. M., Polturi N., Xie Y., Mattis V. B., Hayden M. R., Southwell A. L. The Interaction of Aging and Cellular Stress Contributes to Pathogenesis in Mouse and Human Huntington Disease Neurons // Front Aging Neurosci. 2020. V. 12. P. 524369.
  11. Victor M. B., Richner M., Olsen H. E., Lee S. W., Monteys A. M., Ma C., Huh C. J., Zhang B., Davidson B. L., Yang X. W., Yoo A. S. Striatal neurons directly converted from Huntington's disease patient fibroblasts recapitulate age-associated disease phenotypes // Nature neuroscience. 2018. V. 21. P. 341–352.
  12. Mertens J., Paquola A. C.M., Ku M., Hatch E., Bohnke L., Ladjevardi S., McGrath S., Campbell B., Lee H., Herdy J. R., Goncalves J. T., Toda T., Kim Y., Winkler J., Yao J., Hetzer M. W., Gage F. H. Directly Reprogrammed Human Neurons Retain Aging-Associated Transcriptomic Signatures and Reveal Age-Related Nucleocytoplasmic Defects // Cell Stem Cell. 2015. V. 17. P. 705–718.
  13. Liu Y., Xue Y., Ridley S., Zhang D., Rezvani K., Fu X. D., Wang H. Direct reprogramming of Huntington's disease patient fibroblasts into neuron-like cells leads to abnormal neurite outgrowth, increased cell death, and aggregate formation // PLoS One. 2014. V. 9. P. e109621.
  14. Monk R., Lee K., Jones K. S., Connor B. Directly reprogrammed Huntington's disease neural precursor cells generate striatal neurons exhibiting aggregates and impaired neuronal maturation // Stem Cells. 2021. V. 39. P. 1410–1422.
  15. Oh Y. M., Lee S. W., Kim W. K., Chen S., Church V. A., Cates K., Li T., Zhang B., Dolle R. E., Dahiya S., Pak S. C., Silverman G. A., Perlmutter D. H., Yoo A. S. Age-related Huntington's disease progression modeled in directly reprogrammed patient-derived striatal neurons highlights impaired autophagy // Nat Neurosci. 2022. V. 25. P. 1420–1433.
  16. Samoilova E. M., Kalsin V. A., Kushnir N. M., Chistyakov D. A., Troitskiy A. V., Baklaushev V. P. Adult Neural Stem Cells: Basic Research and Production Strategies for Neurorestorative Therapy // Stem Cells Int. 2018. V. 2018. P. 4835491.
  17. Kraskovskaya N., Bolshakova A., Khotin M., Bezprozvanny I., Mikhailova N. Protocol Optimization for Direct Reprogramming of Primary Human Fibroblast into Induced Striatal Neurons // Int J Mol Sci. 2023. V. 24.
  18. Krylova T. A., M.A.S., Zenin V. V., Koltsova A. M., Kropacheva I. V., Turilova V. I., Yakovleva T. K., Poljanskaya G. G. Derivation and characteristic of a non-immortalized cell lines of human dermal fibroblasts, generated from skin of the eyelids of adult donors of different age // Tsitologia. 2016. V. 58. P. 850–864.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Микрофотографии дермальных фибробластов человека in vitro. (а) Фибробласты линии DF1 (получены от здорового донора) и (б) линии HDDF (получены от донора с болезнью Хантингтона). Фазово-контрастная микроскопия, х10. Масштаб 100 мкм.

Скачать (150KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Визуализация диффузного распределения белка хантингтина в цитоплазме дермальных фибробластов. (а) Клетки линии DF1 (здоровый донор) и (б) клетки линии HDDF (донор с болезнью Хантингтона). Иммунофлуоресцентное окрашивание антителами к хантингтину mEM48 (вторичные антитела конъюгированы с Alexa 555) (красный). Ядра клеток визуализированы красителем DAPI (синий). Конфокальная микроскопия, х60. Масштаб 50 мкм.

Скачать (238KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Визуализация белка хантингтина (зеленый) в нейронах стриатума, полученных методом прямого репрограм- мирования из дермальных фибробластов: (а и б) клеток линии DF1 (здоровый донор) и (в, г, д, е) из клеток линии HDDF (донор с болезнью Хантингтона). Показан результат иммунофлуоресцентного окрашивания антителами к нейрональному маркеру MAP2 (вторичные антитела конъюгированы с Alexa 555) и антителами к хантингтину mEM48 (вторичные антитела Alexa 488). Ко-локализация этих двух белков проявляется в желтом окрашивании. Ядра клеток визуализированы красителем DAPI (синий). Конфокальная микроскопия, х60. Масштаб 30 мкм. В нейро- нах стриатума, полученных из дермальных фибробластов здорового донора, хантингтин в цитоплазме распределен диффузно (а и б), в то время как в нейронах стриатума, полученных из дермальных фибробластов пациента с болез- нью Хантингтона, наблюдаются агрегаты этого белка (показаны стрелками) (в, г, д и е).

Скачать (476KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024