vavilovВавиловский журнал генетики и селекцииVavilov Journal of Genetics and Breeding2500-3259Institute of Cytology and Genetics of Siberian Branch of the RAS10.18699/vjgb-24-76vavilov-4341Research ArticleМОЛЕКУЛЯРНАЯ И КЛЕТОЧНАЯ БИОЛОГИЯMOLECULAR AND CELL BIOLOGYСоздание и характеристика двух линий индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ICGi052-A и ICGi052-B) от пациента с лобно-височной деменцией с паркинсонизмом-17, ассоциированной с патологическим вариантом c.2013T>G в гене MAPTGeneration and characterization of two induced pluripotent stem cell lines (ICGi052-A and ICGi052-B) from a patient with frontotemporal dementia with parkinsonism-17 associated with the pathological variant c.2013T>G in the MAPT genehttps://orcid.org/0000-0002-9162-9108ГригорьеваЕ. В.Grigor’evaE. V.

Новосибирск

Novosibirsk

evlena@bionet.nsc.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1916-1333МалаховаА. А.MalakhovaA. A.

Новосибирск

Novosibirsk

ЯрковаЕ. С.YarkovaE. S.

Новосибирск

Novosibirsk

https://orcid.org/0000-0003-1504-9803МининаЮ. М.MininaJ. M.

Новосибирск

Novosibirsk

ВяткинЮ. В.VyatkinY. V.

Новосибирск

Novosibirsk

НадточийЮ. А.NadtochyJ. A.

Новосибирск

Novosibirsk

ХабароваЕ. А.KhabarovaE. A.

Новосибирск

Novosibirsk

РзаевДж. А.RzaevJ. A.

Новосибирск

Novosibirsk

https://orcid.org/0000-0002-1520-5549МедведевС. П.MedvedevS. P.

Новосибирск

Novosibirsk

https://orcid.org/0000-0003-2448-6511ЗакиянС. М.ZakianS. M.

Новосибирск

Novosibirsk

Федеральный исследовательский центр, Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук; Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения Российской академии наукРоссияInstitute of Cytology and Genetics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences; Institute of Chemical Biology and Fundamental Medicine of the Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian FederationФедеральный исследовательский центр, Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук; Новосибирский национальный исследовательский государственный университетРоссияInstitute of Cytology and Genetics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences; Novosibirsk State UniversityRussian FederationФедеральный исследовательский центр, Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наукРоссияInstitute of Cytology and Genetics of the Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian FederationООО «Новые Программные Системы»РоссияNOVEL Ltd.Russian FederationФедеральный исследовательский центр, Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук; Новосибирский национальный исследовательский государственный университетРоссияInstitute of Cytology and Genetics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences; Novosibirsk State UniversityRussian FederationФедеральный исследовательский центр, Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук; Федеральный центр нейрохирургии Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияInstitute of Cytology and Genetics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences; Federal Neurosurgical Center of the Ministry of Health of the Russian FederationRussian FederationФедеральный центр нейрохирургии Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияFederal Neurosurgical Center of the Ministry of Health of the Russian FederationRussian Federation202421112024287679687Copyright © Григорьева Е.В., Малахова А.А., Яркова Е.С., Минина Ю.М., Вяткин Ю.В., Надточий Ю.А., Хабарова Е.А., Рзаев Д.А., Медведев С.П., Закиян С.М., 20242024Григорьева Е.В., Малахова А.А., Яркова Е.С., Минина Ю.М., Вяткин Ю.В., Надточий Ю.А., Хабарова Е.А., Рзаев Д.А., Медведев С.П., Закиян С.М.Grigor’eva E.V., Malakhova A.A., Yarkova E.S., Minina J.M., Vyatkin Y.V., Nadtochy J.A., Khabarova E.A., Rzaev J.A., Medvedev S.P., Zakian S.M.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vavilov.elpub.ru/jour/article/view/4341

Лобно-височная деменция с паркинсонизмом-17 - нейродегенеративное заболевание, характеризующееся патологической агрегацией белка тау с образованием нейрофибриллярных клубков и дальнейшей гибелью нейронов. Наследственная форма лобно-височной деменции может быть вызвана мутациями в различных генах, одним из которых является ген MAPT на хромосоме 17, кодирующий тау-белок. Поскольку на данный момент отсутствуют утвержденные медицинским сообществом способы борьбы с лобно-височной деменцией, исследование на клеточных моделях in vitro молекулярно-генетических механизмов, приводящих к развитию заболевания, поиск мишеней для терапевтического воздействия и возможность тестирования потенциальных лекарственных препаратов для предотвращения гибели нейронов являются актуальной задачей. Анализ данных секвенирования экзома 46-летней пациентки с клиническим диагнозом болезнь Паркинсона показал наличие патологического варианта c.2013T>G (rs63750756) в гене MAPT, который ассоциирован с лобно-височной деменцией с паркинсонизмом-17. При помощи репрограммирования мононуклеарных клеток периферической крови пациентки нами были получены десять линий индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК), из которых детально охарактеризованы две. Репрограммирование проводили с помощью трансфекции неинтегрирующимися эписомными векторами, которые экспрессируют белки OCT4, SOX2, KLF4, LIN28, L-MYC и mp53DD. Линии ИПСК ICGi052-A и ICGi052-B стабильно пролиферируют, образуют колонии с характерной для плюрипотентных клеток человека морфологией, имеют нормальный диплоидный кариотип (46,XX), экспрессируют эндогенную щелочную фосфатазу и маркеры плюрипотентности (OCT4, NANOG, SSEA-4 и TRA-1-60) и способны дифференцироваться в производные трех зародышевых листков: энто-, экто- и мезодерму. Благодаря тому, что ИПСК можно направленно дифференцировать в широкий спектр типов клеток, полученные в данной работе и детально охарактеризованные линии ИПСК являются уникальным инструментом для изучения молекулярно-генетических механизмов патогенеза лобно-височной деменции с паркинсонизмом-17, а также тестирования потенциальных лекарственных препаратов in vitro.

Frontotemporal dementia with parkinsonism-17 is a neurodegenerative disease characterised by pathological aggregation of the tau protein with the formation of neurofibrillary tangles and subsequent neuronal death. The inherited form of frontotemporal dementia can be caused by mutations in several genes, including the MAPT gene on chromosome 17, which encodes the tau protein. As there are currently no medically approved treatments for frontotemporal dementia, there is an urgent need for research using in vitro cell models to understand the molecular genetic mechanisms that lead to the development of the disease, to identify targets for therapeutic intervention and to test potential drugs to prevent neuronal death. Analysis of exome sequencing data from a 46-year-old patient with a clinical diagnosis of Parkinson’s disease revealed the presence of the pathological variant c.2013T>G (rs63750756) in the MAPT gene, which is associated with frontotemporal dementia with parkinsonism-17. By reprogramming the patient’s peripheral blood mononuclear cells, we obtained induced pluripotent stem cells (iPSCs). Two iPSC lines were characterised in detail. Reprogramming was performed by transfection with non-integrating episomal vectors expressing the OCT4, SOX2, KLF4, LIN28, L-MYC and mp53DD proteins. The iPSC lines ICGi052-A and ICGi052-B proliferate stably, form colonies with a morphology characteristic of human pluripotent cells, have a normal diploid karyotype (46,XX), express endogenous alkaline phosphatase and pluripotency markers (OCT4, NANOG, SSEA-4 and TRA-1-60) and are able to differentiate into derivatives of three germ layers: ento-, ecto- and mesoderm. The iPSC lines obtained and characterised in detail in this work represent a unique tool for studying the molecular genetic mechanisms of the pathogenesis of frontotemporal dementia with parkinsonism-17, as well as for testing potential drugs in vitro.

лобно-височная деменция с паркинсонизмом-17индуцированные плюрипотентные стволовые клеткиген MAPTfrontotemporal dementia with parkinsonism-17induced pluripotent stem cellsMAPT geneThe study was supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation, Agreement No. 075-15-2021-1063/10.ReferencesBritti E., Ros J., Esteras N., Abramov A.Y. Tau inhibits mitochondrial calcium efflux and makes neurons vulnerable to calcium-induced cell death. Cell Calcium. 2020;86:102150. DOI 10.1016/j.ceca.2019.102150Britti E., Ros J., Esteras N., Abramov A.Y. Tau inhibits mitochondrial calcium efflux and makes neurons vulnerable to calcium-induced cell death. Cell Calcium. 2020;86:102150. DOI 10.1016/j.ceca.2019.102150Choppa P.C., Vojdani A., Tagle C., Andrin R., Magtoto L. 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;12(5):301-308. DOI 10.1006/mcpr.1998.0186Choppa P.C., Vojdani A., Tagle C., Andrin R., Magtoto L. 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;12(5):301-308. DOI 10.1006/mcpr.1998.0186Cowan C.A., Klimanskaya I., McMahon J., Atienza J., Witmyer J., Zucker J.P., Wang S., Morton C.C., McMahon A.P., Powers D., Melton D.A. Derivation of embryonic stem-cell lines from human blastocysts. N. Engl. J. Med. 2004;350(13):1353-1356. DOI 10.1056/NEJMsr040330Cowan C.A., Klimanskaya I., McMahon J., Atienza J., Witmyer J., Zucker J.P., Wang S., Morton C.C., McMahon A.P., Powers D., Melton D.A. Derivation of embryonic stem-cell lines from human blastocysts. N. Engl. J. Med. 2004;350(13):1353-1356. DOI 10.1056/NEJMsr040330Dawson H.N., Cantillana V., Chen L., Vitek M.P. The tau N279K exon 10 splicing mutation recapitulates frontotemporal dementia and parkinsonism linked to chromosome 17 tauopathy in a mouse model. J. Neurosci. 2007;27(34):9155-9168. DOI 10.1523/JNEUROSCI.5492-06.2007Dawson H.N., Cantillana V., Chen L., Vitek M.P. The tau N279K exon 10 splicing mutation recapitulates frontotemporal dementia and parkinsonism linked to chromosome 17 tauopathy in a mouse model. J. Neurosci. 2007;27(34):9155-9168. DOI 10.1523/JNEUROSCI.5492-06.2007D’Souza I., Schellenberg G.D. Arginine/serine-rich protein interaction domain-dependent modulation of a tau exon 10 splicing enhancer: altered interactions and mechanisms for functionally antagonistic FTDP-17 mutations Δ280K and N279K. J. Biol. Chem. 2006;281: 2460-2469. DOI 10.1074/jbc.M505809200D’Souza I., Schellenberg G.D. Arginine/serine-rich protein interaction domain-dependent modulation of a tau exon 10 splicing enhancer: altered interactions and mechanisms for functionally antagonistic FTDP-17 mutations Δ280K and N279K. J. Biol. Chem. 2006;281: 2460-2469. DOI 10.1074/jbc.M505809200Esmaeli-Azad B., McCarty J.H., Feinstein S.C. Sense and antisense transfection analysis of tau function: tau influences net microtubule assembly, neurite outgrowth and neuritic stability. J. Cell Sci. 1994; 107(4):869-879. DOI 10.1242/jcs.107.4.869Esmaeli-Azad B., McCarty J.H., Feinstein S.C. Sense and antisense transfection analysis of tau function: tau influences net microtubule assembly, neurite outgrowth and neuritic stability. J. Cell Sci. 1994; 107(4):869-879. DOI 10.1242/jcs.107.4.869Esteras N., Kundel F., Amodeo G.F., Pavlov E.V., Klenerman D., Abramov A.Y. Insoluble tau aggregates induce neuronal death through modification of membrane ion conductance, activation of voltage-gated calcium channels and NADPH oxidase. FEBS J. 2021;288(1):127-141. DOI 10.1111/febs.15340Esteras N., Kundel F., Amodeo G.F., Pavlov E.V., Klenerman D., Abramov A.Y. Insoluble tau aggregates induce neuronal death through modification of membrane ion conductance, activation of voltage-gated calcium channels and NADPH oxidase. FEBS J. 2021;288(1):127-141. DOI 10.1111/febs.15340Ghetti B., Oblak A.L., Boeve B.F., Johnson K.A., Dickerson B.C., Goedert M. Invited review: Frontotemporal dementia caused by microtubule-associated protein tau gene (MAPT) mutations: a chameleon for neuropathology and neuroimaging. Neuropathol. Appl. Neurobiol. 2015;41(1):24-46. DOI 10.1111/nan.12213Ghetti B., Oblak A.L., Boeve B.F., Johnson K.A., Dickerson B.C., Goedert M. Invited review: Frontotemporal dementia caused by microtubule-associated protein tau gene (MAPT) mutations: a chameleon for neuropathology and neuroimaging. Neuropathol. Appl. Neurobiol. 2015;41(1):24-46. DOI 10.1111/nan.12213Grigor’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;24(5):4437. DOI 10.3390/ijms24054437Grigor’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;24(5):4437. DOI 10.3390/ijms24054437Hasegawa M., Smith M.J., Iijima M., Tabira T., Goedert M. FTDP-17 mutations N279K and S305N in tau produce increased splicing of exon 10. FEBS Lett. 1999;443(2):93-96. DOI 10.1016/S0014-5793(98)01696-2Hasegawa M., Smith M.J., Iijima M., Tabira T., Goedert M. FTDP-17 mutations N279K and S305N in tau produce increased splicing of exon 10. FEBS Lett. 1999;443(2):93-96. DOI 10.1016/S0014-5793(98)01696-2Hernández F., Merchán-Rubira J., Vallés-Saiz L., Rodríguez-Matellán A., Avila J. Differences between human and murine tau at the N-terminal end. Front. Aging Neurosci. 2020;12:11. DOI 10.3389/fnagi.2020.00011Hernández F., Merchán-Rubira J., Vallés-Saiz L., Rodríguez-Matellán A., Avila J. Differences between human and murine tau at the N-terminal end. Front. Aging Neurosci. 2020;12:11. DOI 10.3389/fnagi.2020.00011Iovino M., Agathou S., González-Rueda A., Del Castillo VelascoHerrera M., Borroni B., Alberici A., Lynch T., O’Dowd S., Geti I., Gaffney D., Vallier L., Paulsen O., Káradóttir R.T., Spillantini M.G. Early maturation and distinct tau pathology in induced pluripotent stem cell-derived neurons from patients with MAPT mutations. Brain. 2015;138(11):3345-3359. DOI 10.1093/brain/awv222Iovino M., Agathou S., González-Rueda A., Del Castillo VelascoHerrera M., Borroni B., Alberici A., Lynch T., O’Dowd S., Geti I., Gaffney D., Vallier L., Paulsen O., Káradóttir R.T., Spillantini M.G. Early maturation and distinct tau pathology in induced pluripotent stem cell-derived neurons from patients with MAPT mutations. Brain. 2015;138(11):3345-3359. DOI 10.1093/brain/awv222Korn L., Speicher A.M., Schroeter C.B., Gola L., Kaehne T., Engler A., Disse P., Fernández-Orth J., Csatári J., Naumann M., Seebohm G., Meuth S.G., Schöler H.R., Wiendl H., Kovac S., Pawlowski M. MAPT genotype-dependent mitochondrial aberration and ROS production trigger dysfunction and death in cortical neurons of patients with hereditary FTLD. Redox Biol. 2023;59:102597. DOI 10.1016/j.redox.2022.102597Korn L., Speicher A.M., Schroeter C.B., Gola L., Kaehne T., Engler A., Disse P., Fernández-Orth J., Csatári J., Naumann M., Seebohm G., Meuth S.G., Schöler H.R., Wiendl H., Kovac S., Pawlowski M. MAPT genotype-dependent mitochondrial aberration and ROS production trigger dysfunction and death in cortical neurons of patients with hereditary FTLD. Redox Biol. 2023;59:102597. DOI 10.1016/j.redox.2022.102597Liu G., David B.T., Trawczynski M., Fessler R.G. Advances in pluripotent stem cells: history, mechanisms, technologies, and applications. Stem Cell Rev. Rep. 2020;16(1):3-32. DOI 10.1007/s12015-019-09935-xLiu G., David B.T., Trawczynski M., Fessler R.G. Advances in pluripotent stem cells: history, mechanisms, technologies, and applications. Stem Cell Rev. Rep. 2020;16(1):3-32. DOI 10.1007/s12015-019-09935-xLynch T., Sano M., Marder K.S., Bell K.L., Foster N.L., Defendini R.F., Sima A.A., Keohane C., Nygaard T.G., Fahn S., Mayeux R., Rowland L., Wilhelmsen K. Clinical characteristics of a family-with chromosome 17-linked disinhibition-dementia-parkinsonism-amyotrophy complex. Neurology. 1994;44(10):1878-1884. DOI 10.1212/wnl.44.10.1878Lynch T., Sano M., Marder K.S., Bell K.L., Foster N.L., Defendini R.F., Sima A.A., Keohane C., Nygaard T.G., Fahn S., Mayeux R., Rowland L., Wilhelmsen K. Clinical characteristics of a family-with chromosome 17-linked disinhibition-dementia-parkinsonism-amyotrophy complex. Neurology. 1994;44(10):1878-1884. DOI 10.1212/wnl.44.10.1878Okita K., Yamakawa T., Matsumura Y., Sato Y., Amano N., Watanabe A., Goshima N., Yamanaka S. An efficient nonviral method to generate integration-free human-induced pluripotent stem cells from cord blood and peripheral blood cells. Stem Cells. 2013;31(3):458- 466. DOI 10.1002/stem.1293Okita K., Yamakawa T., Matsumura Y., Sato Y., Amano N., Watanabe A., Goshima N., Yamanaka S. An efficient nonviral method to generate integration-free human-induced pluripotent stem cells from cord blood and peripheral blood cells. Stem Cells. 2013;31(3):458- 466. DOI 10.1002/stem.1293Ritter M.L., Avila J., García-Escudero V., Hernández F., Pérez M. Frontotemporal dementia-associated N279K tau mutation localizes at the nuclear compartment. Front. Cell. Neurosci. 2018;12:202. DOI 10.3389/fncel.2018.00202Ritter M.L., Avila J., García-Escudero V., Hernández F., Pérez M. Frontotemporal dementia-associated N279K tau mutation localizes at the nuclear compartment. Front. Cell. Neurosci. 2018;12:202. DOI 10.3389/fncel.2018.00202Valetdinova K.R., Malankhanova T.B., Zakian S.M., Medvedev S.P. The cutting edge of disease modeling: synergy of induced pluripotent stem cell technology and genetically encoded biosensors. Biomedicines. 2021;9(8):960. DOI 10.3390/biomedicines9080960Valetdinova K.R., Malankhanova T.B., Zakian S.M., Medvedev S.P. The cutting edge of disease modeling: synergy of induced pluripotent stem cell technology and genetically encoded biosensors. Biomedicines. 2021;9(8):960. DOI 10.3390/biomedicines9080960Wren M.C., Zhao J., Liu C.-C., Murray M.E., Atagi Y., Davis M.D., Fu Y., Okano H.J., Ogaki K., Strongosky A.J., Tacik P., Rademakers R., Ross O.A., Dickson D.W., Wszolek Z.K., Kanekiyo T., Bu G. Frontotemporal dementia-associated N279K tau mutant disrupts subcellular vesicle trafficking and induces cellular stress in iPSC-derived neural stem cells. Mol. Neurodegener. 2015;10:46. DOI 10.1186/s13024-015-0042-7.Wren M.C., Zhao J., Liu C.-C., Murray M.E., Atagi Y., Davis M.D., Fu Y., Okano H.J., Ogaki K., Strongosky A.J., Tacik P., Rademakers R., Ross O.A., Dickson D.W., Wszolek Z.K., Kanekiyo T., Bu G. Frontotemporal dementia-associated N279K tau mutant disrupts subcellular vesicle trafficking and induces cellular stress in iPSC-derived neural stem cells. Mol. Neurodegener. 2015;10:46. DOI 10.1186/s13024-015-0042-7.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.