Russian Journal of Developmental Biology

0475-14503034-6266

Russian Academy of Science

10.31857/S0475145023010123

Creation of Induced Pluripotent Stem Cells ICGi044-B and ICGi044-C Using Reprogramming of Peripheral Blood Mononuclear Cells of a Patient with Parkinson’s Disease Associated with с.1492T>G Mutation in the GLUD2 Gene

Создание линий индуцированных плюрипотентных стволовых клеток ICGi044-B и ICGi044-C с помощью репрограммирования мононуклеарных клеток периферической крови пациента с болезнью Паркинсона, ассоциированной с мутацией с.1492T>G в гене GLUD2

Grigor’eva

E. V.

Григорьева

Е. В.

evlena@bionet.nsc.ru

ФГБНУ Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наукInstitute of Cytology and Genetics, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

01012023

541114122

Parkinson’s disease is a multifactorial disease; both genetic predisposition (5% of all cases), environmental factors and age-related changes in the brain and other body systems contribute to its etiology. For the diagnosis and study of the pathology of the development of the disease, it is important to search for new polymorphisms associated with hereditary forms of the disease. We analyzed the clinical exome of a 55-year-old patient with Parkinson’s disease and identified a single nucleotide polymorphism in the GLUD2 gene (c.1492T>G). This genetic variant is pathogenic according to the ClinVar database, but the mechanism of pathogenesis is still poorly understood. In addition, there are currently no relevant models based on human cells, which is of great interest. We generated induced pluripotent stem cells (iPSCs) from patient peripheral blood mononuclear cells using non-integrating episomal vectors expressing OCT4, KLF4, L‑MYC, SOX2, LIN28, and p53 shRNA. The obtained iPSC lines (ICGi044-B and ICGi044-C) demonstrate typical ESC-like morphology, normal karyotype (46,XY), express pluripotency markers (OCT4, SOX2, NANOG, SSEA4, TRA-1-60) and are able to give derivatives of three germ layers. The iPSC lines ICGi044-B and ICGi044-C, as well as their neural derivatives, represent an unique in vitro cell model for studying the pathogenetic mechanisms of the development of Parkinson’s disease associated with the c.1492T>G mutation in the GLUD2 gene.

Болезнь Паркинсона – мультифакториальное заболевание, в его этиологию вносят вклад как генетическая предрасположенность (5% всех случаев), так и факторы окружающей среды, и возрастные изменения в головном мозге и других системах организма. Для диагностики и изучения патологии развития болезни важен поиск новых полиморфизмов, ассоциированных с наследственными формами заболевания. Мы проанализировали клинический экзом 55-летнего пациента с болезнью Паркинсона и выявили полиморфизм в гене GLUD2 (c.1492T>G). Данный полиморфизм является патогенным по базе данных ClinVar, однако механизм патогенеза до сих пор остается мало изученным. Кроме того, в настоящее время нет релевантных моделей на основе клеток человека, что вызывает большой интерес. Мы создали индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК) из мононуклеарных клеток периферической крови пациента с помощью неинтегрирующихся эписомных векторов (OCT4, KLF4, L-MYC, SOX2, LIN28 и p53 shRNA). Полученные линии ИПСК (ICGi044-B и ICGi044-C) демонстрируют типичную ЭСК-подобную морфологию, нормальный кариотип (46,XY), экспрессируют маркеры плюрипотентности (OCT4, SOX2, NANOG, SSEA4, TRA-1-60) и способны давать производные трех зародышевых листков. Линии ИПСК ICGi044-B и ICGi044-C, а также их нейральные производные представляют собой уникальную клеточную модель in vitro для изучения патогенетических механизмов развития болезни Паркинсона, ассоциированной с мутацией c.1492T>G в гене GLUD2.

репрограммирование индуцированные плюрипотентные стволовые клетки болезнь Паркинсона полиморфизмы

Иммунофлуоресцентную визуализацию проводили с использованием ресурсов Центра коллективного пользования микроскопического анализа биологических объектов ИЦГ СО РАН (https://ckp.icgen.ru/ckpmabo/), поддержанного Бюджетным проектом ИЦиГ СО РАН FWNR-2022-0015. МНК были предоставлены ФГБУ “Федеральный центр нейрохирургии” Министерства здравоохранения Российской Федерации. Клиническое экзомное секвенирование было выполнено в Новосибирском национальном исследовательском государственном университете.

Choppa P.C., Vojdani A., Tagle C. et al. Multiplex PCR for the detection of Mycoplasma fermentans, M. hominis and M. penetrans in cell cultures and blood samples of patients with chronic fatigue syndrome // Mol. Cell Probes. 1998. V. 12(5). P. 301–308. https://doi.org/10.1006/mcpr.1998.0186

Cowan C.A., Klimanskaya I., McMahon J. et al. Derivation of embryonic stem-cell lines from human blastocysts // N. Engl. J. Med. 2004. V. 350(13). P. 1353–1356. https://doi.org/10.1056/NEJMsr040330

Grigor’eva E.V., Malankhanova T.B., Surumbayeva A. et al. Generation of GABAergic striatal neurons by a novel iPSC differentiation protocol enabling scalability and cryopreservation of progenitor cells // Cytotechnology. 2020. V. 72(5). P. 649–663. https://doi.org/10.1007/s10616-020-00406-7

Grigor’eva E.V., Kopytova A.E., Yarkova E.S., Pavlova S.V., Sorogina D.A., Malakhova A.A., Malankhanova T.B., Baydakova G.V., Zakharova E.Y., Medvedev S.P., Pchelina S.N., Zakian S.M. Biochemical characteristics of iPSC-derived dopaminergic neurons from N370S GBA variant carriers with and without Parkinson’s disease // Int. J. Mol. Sci. 2023. V. 24(5). P. 4437. https://doi.org/10.3390/ijms24054437.

Okita K., Yamakawa T., Matsumura Y. et al. An efficient nonviral method to generate integration-free human-induced pluripotent stem cells from cord blood and peripheral blood // Stem Cells. 2013. V. 31. № 3. P. 458–466.