vavilovВавиловский журнал генетики и селекцииVavilov Journal of Genetics and Breeding2500-3259Institute of Cytology and Genetics of Siberian Branch of the RAS10.18699/vjgb-25-03vavilov-4469Research ArticleМОЛЕКУЛЯРНАЯ И КЛЕТОЧНАЯ БИОЛОГИЯMOLECULAR AND CELL BIOLOGYСоздание и характеристика семи линий индуцированных плюрипотентных стволовых клеток от двух пациентов с болезнью Паркинсона, несущих вариант c.1087G>T гена LGR4Generation and characterisation of seven induced pluripotent stem cell lines from two patients with Parkinson’s disease carrying the pathological variant c.1087G>T of the LGR4 geneПодвысоцкаяВ. С.PodvysotskayaV. S.

Новосибирск

Novosibirsk

https://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

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

Новосибирск

Novosibirsk

ВяткинЮ. В.VyatkinY. V.

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/0000-0002-0918-7129КоваленкоЛ. В.KovalenkoL. V.

Ханты-Мансийский автономный округ – Югра; Сургут 

Khanty-Mansiysk Autonomous Okrug – Ugra; Surgut 

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

Новосибирск

Novosibirsk

Федеральный 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; 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 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; 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 FederationСургутский государственный университетРоссияSurgut State UniversityRussian Federation2025020320252911525Copyright © Подвысоцкая В.С., Григорьева Е.В., Малахова А.А., Минина Ю.М., Вяткин Ю.В., Хабарова Е.А., Рзаев Д.А., Медведев С.П., Коваленко Л.В., Закиян С.М., 20252025Подвысоцкая В.С., Григорьева Е.В., Малахова А.А., Минина Ю.М., Вяткин Ю.В., Хабарова Е.А., Рзаев Д.А., Медведев С.П., Коваленко Л.В., Закиян С.М.Podvysotskaya V.S., Grigor’eva E.V., Malakhova A.A., Minina J.M., Vyatkin Y.V., Khabarova E.A., Rzaev J.A., Medvedev S.P., Kovalenko L.V., Zakian S.M.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vavilov.elpub.ru/jour/article/view/4469

   Болезнь Паркинсона – тяжелое нейродегенеративное заболевание, поражающее дофаминергические нейроны компактной части черной субстанции головного мозга. Известные патологические генетические варианты, ассоциированные с болезнью Паркинсона, объясняют причину всего 5 % случаев заболевания, поэтому исследования в этой области актуальны и активно продолжаются. В данном исследовании мы обнаружили двух пациентов с клиническим диагнозом «болезнь Паркинсона» с генетическим вариантом LGR4:с.1087G>T (p.Gly363Cys, rs117543292). Этот ген кодирует мембранный рецептор LGR4 (leucine rich repeat соntаining G protein-coupled receptor 4), ассоциированный с G-белком, который участвует в регуляции функционирования сигнального пути WNT/β-катенин. Данный сигнальный путь необходим для пролиферации нейронов во время их дифференцировки, поэтому его дисфункция в результате гетерозиготной мутации с.1087G>T в гене LGR4 нарушает дифференцировку дофаминергических нейронов, что может приводить к болезни Паркинсона. Идеальным инструментом для изучения связи этого генетического варианта с болезнью Паркинсона является клеточная модель на основе индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК) и их дифференцированных производных – дофаминергических нейронов. В результате репрограммирования эписомными векторами, экспрессирующими белки OCT4, SOX2, KLF4, LIN28, L-MYC и mp53DD, мононуклеарных клеток периферической крови двух пациентов с вариантом с.1087G>T гена LGR4 нами были получены и детально охарактеризованы семь линий ИПСК. Данные ИПСК отвечают всем требованиям плюрипотентных клеток, а именно: стабильно пролиферируют, образуют колонии с характерной для плюрипотентных клеток человека морфологией, имеют нормальный диплоидный кариотип, экспрессируют щелочную фосфатазу и маркеры плюрипотентности (OCT4, NANOG, SSEA-4 и SOX2) и способны дифференцироваться в производные трех зародышевых листков – энто-, экто- и мезодерму. Полученные в работе линии ИПСК будут в дальнейшем использованы для создания релевантной модели, направленной на исследование эффекта варианта с.1087G>T гена LGR4 на развитие патологического фенотипа дофаминергических нейронов.

   Parkinson’s disease is a neurodegenerative disorder affecting dopaminergic neurons of the substantia nigra pars compacta. The known pathological genetic variants may explain the cause of only 5 % of cases of the disease. In our study, we found two patients with a clinical diagnosis of Parkinson’s disease with the genetic va riant c.1087G>T (p.Gly363Cys) of the LGR4 gene. The LGR4 gene encodes the membrane receptor LGR4 (leucine rich repeat containing G protein-coupled receptor 4) associated with the G protein. We hypothesize that the LGR4 gene may be either a direct cause or a risk factor for this disease, since it is one of the main participants of the WNT/β-catenin signalling pathway. This signalling pathway is necessary for the proliferation of neurons during their differentiation, which may lead to Parkinson’s disease. To study the relationship between this genetic variant and Parkinson’s disease, an ideal tool is a cellular model based on induced pluripotent stem cells (iPSCs) and their differentiated derivatives, dopaminergic neurons. We reprogrammed the peripheral blood mononuclear cells of the two patients with the c.1087G>T variant of the LGR4 gene with non-integrating episomal vectors expressing OCT4, SOX2, KLF4, LIN28, L-MYC and mp53DD proteins. The obtained seven lines of induced pluripotent stem cells were characterised in detail. The iPSCs lines obtained meet all the requirements of pluripotent cells, namely, they stably proliferate, form colonies with a morphology characteristic of human pluripotent cells, have a normal diploid karyotype, express endogenous alkaline phosphatase and pluripotency markers (OCT4, NANOG, SSEA-4 and SOX2) and are capable to differentiate into derivatives of the three germ layers. The iPSC lines obtained in this work can be used as a tool to generate a relevant model to study the effect of the pathological variant c.1087G>T of the LGR4 gene on dopaminergic neuron differentiation.

болезнь Паркинсонарепрограммированиеиндуцированные плюрипотентные стволовые клеткиген LGR4Parkinson’s diseasereprogramminginduced pluripotent stem cellsLGR4 geneИсследование выполнено при финансовой поддержке Фонда научно-технологического развития Югры в рамках научного проекта № 2023-573-05.The study was carried out with the financial support of the Foundation for Scientific and Technological Development of Yugra within the framework of scientific project No. 2023-573-05ReferencesCowan 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 stem­cell lines from human blastocysts. N Engl J Med. 2004;350(13):1353­1356. 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 stem­cell lines from human blastocysts. N Engl J Med. 2004;350(13):1353­1356. doi: 10.1056/NEJMsr040330Fernandes H.J.R., Hartfield E.M., Christian H.C., Emmanoulidou E., Zheng Y., Booth H., Bogetofte H., Lang C., Ryan B.J., Sardi S.P., Badger J., Vowles J., Evetts S., Tofaris G.K., Vekrellis K., Talbot K., Hu M.T., James W., Cowley S.A., Wade­Martins R. ER stress and autophagic perturbations lead to elevated extracellular α-synuclein in GBA­N370S Parkinson’s iPSC­derived dopamine neurons. Stem Cell Rep. 2016;6(3):342­356. doi: 10.1016/j.stemcr.2016.01.013Fernandes H.J.R., Hartfield E.M., Christian H.C., Emmanoulidou E., Zheng Y., Booth H., Bogetofte H., Lang C., Ryan B.J., Sardi S.P., Badger J., Vowles J., Evetts S., Tofaris G.K., Vekrellis K., Talbot K., Hu M.T., James W., Cowley S.A., Wade­Martins R. ER stress and autophagic perturbations lead to elevated extracellular α-synuclein in GBA­N370S Parkinson’s iPSC­derived dopamine neurons. Stem Cell Rep. 2016;6(3):342­356. doi: 10.1016/j.stemcr.2016.01.013Funayama M., Nishioka K., Li Y., Hattori N. Molecular genetics of Parkinson’s disease: сontributions and global trends. J Hum Genet. 2023;68(3):125­130. doi: 10.1038/s10038­022­01058­5Funayama M., Nishioka K., Li Y., Hattori N. Molecular genetics of Parkinson’s disease: сontributions and global trends. J Hum Genet. 2023;68(3):125­130. doi: 10.1038/s10038­022­01058­5Grigor’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. Bioche­ mical characteristics of iPSC­derived dopaminergic neurons from N370S GBA variant carriers with and without Parkinson’s disease. Int J Mol Sci. 2023;24:4437. 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. Bioche­ mical characteristics of iPSC­derived dopaminergic neurons from N370S GBA variant carriers with and without Parkinson’s disease. Int J Mol Sci. 2023;24:4437. doi: 10.3390/ijms24054437Grigor’eva E.V., Karapetyan L.V., Malakhova A.A., Medvedev S.P., Minina J.M., Hayrapetyan V.H., Vardanyan V.S., Zakian S.M., Ara­kelyan A., Zakharyan R. Generation of iPSCs from a patient with the M694V mutation in the MEFV gene associated with Familial Mediterranean fever and their differentiation into macrophages. Int J Mol Sci. 2024a;25:6102. doi: 10.3390/ijms25116102Grigor’eva E.V., Karapetyan L.V., Malakhova A.A., Medvedev S.P., Minina J.M., Hayrapetyan V.H., Vardanyan V.S., Zakian S.M., Ara­kelyan A., Zakharyan R. Generation of iPSCs from a patient with the M694V mutation in the MEFV gene associated with Familial Mediterranean fever and their differentiation into macrophages. Int J Mol Sci. 2024a;25:6102. doi: 10.3390/ijms25116102Grigor’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. Generation and characterization of two in duced pluripotent stem cell lines (ICGi052­A and ICGi052­B) from a patient with frontotemporal dementia with parkinsonism­17 associated with the pathological variant c.2013T>G in the MAPT gene. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov J Genet Breed. 2024b;28(7):679­687. doi: 10.18699/vjgb­24­76Grigor’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. Generation and characterization of two in duced pluripotent stem cell lines (ICGi052­A and ICGi052­B) from a patient with frontotemporal dementia with parkinsonism­17 associated with the pathological variant c.2013T>G in the MAPT gene. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov J Genet Breed. 2024b;28(7):679­687. doi: 10.18699/vjgb­24­76Hastings R., Howell R., Bricarelli F.D., Kristoffersson U., Cavani S. General guidelines and quality assurance for cytogenetics. Eur Cytogenet Assoc Newsl. 2012;29:11­25 ISCN 2020: An International System for Human Cytogenomic Nomen­ clature. S. Karger AG, 2020. doi: 10.1159/isbn.978­3­318­06867­2Hastings R., Howell R., Bricarelli F.D., Kristoffersson U., Cavani S. General guidelines and quality assurance for cytogenetics. Eur Cytogenet Assoc Newsl. 2012;29:11­25 ISCN 2020: An International System for Human Cytogenomic Nomen­ clature. S. Karger AG, 2020. doi: 10.1159/isbn.978­3­318­06867­2Livak K.J., Schmittgen T.D. Analysis of relative gene expression data using real­time quantitative PCR and the 2−ΔΔCT method. Methods. 2001;25(4):402­408. doi: 10.1006/meth.2001.1262Livak K.J., Schmittgen T.D. Analysis of relative gene expression data using real­time quantitative PCR and the 2−ΔΔCT method. Methods. 2001;25(4):402­408. doi: 10.1006/meth.2001.1262Mancini A., Howard S.R., Marelli F., Cabrera C.P., Barnes M.R., Sternberg M.J.E., Leprovots M., Hadjidemetriou I., Monti E., David A., Wehkalampi K., Oleari R., Lettieri A., Vezzoli V., Vassart G., Cariboni A., Bonomi M., Garcia M.I., Guasti L., Dunkel L. LGR4 deficiency results in delayed puberty through impaired Wnt/β-catenin signaling. JCI Insight. 2023;5(11):e133434. doi: 10.1172/jci.insight.133434Mancini A., Howard S.R., Marelli F., Cabrera C.P., Barnes M.R., Sternberg M.J.E., Leprovots M., Hadjidemetriou I., Monti E., David A., Wehkalampi K., Oleari R., Lettieri A., Vezzoli V., Vassart G., Cariboni A., Bonomi M., Garcia M.I., Guasti L., Dunkel L. LGR4 deficiency results in delayed puberty through impaired Wnt/β-catenin signaling. JCI Insight. 2023;5(11):e133434. doi: 10.1172/jci.insight.133434Marchetti B., Tirolo C., L’Episcopo F., Caniglia S., Testa N., Smith J.A., Pluchino S., Serapide M.F. Parkinson’s disease, aging and adult neurogenesis: Wnt/β-catenin signalling as the key to unlock the mystery of endogenous brain repair. Aging Cell. 2020;19(3):e13101. doi: 10.1111/acel.13101Marchetti B., Tirolo C., L’Episcopo F., Caniglia S., Testa N., Smith J.A., Pluchino S., Serapide M.F. Parkinson’s disease, aging and adult neurogenesis: Wnt/β-catenin signalling as the key to unlock the mystery of endogenous brain repair. Aging Cell. 2020;19(3):e13101. doi: 10.1111/acel.13101Marciniak S.J., Chambers J.E., Ron D. Pharmacological targeting of endoplasmic reticulum stress in disease. Nat Rev Drug Discov. 2022;21(2):115­140. doi: 10.1038/s41573­021­00320­3Marciniak S.J., Chambers J.E., Ron D. Pharmacological targeting of endoplasmic reticulum stress in disease. Nat Rev Drug Discov. 2022;21(2):115­140. doi: 10.1038/s41573­021­00320­3Menzorov A., Pristyazhnyuk I., Kizilova H., Yunusova A., Battulin N., Zhelezova A., Golubitsa A., Serov O.L. Cytogenetic analysis and Dlk1-Dio3 locus epigenetic status of mouse embryonic stem cells during early passages. Cytotechnology. 2016;68(1):61­71. doi: 10.1007/s10616­014­9751­yMenzorov A., Pristyazhnyuk I., Kizilova H., Yunusova A., Battulin N., Zhelezova A., Golubitsa A., Serov O.L. Cytogenetic analysis and Dlk1-Dio3 locus epigenetic status of mouse embryonic stem cells during early passages. Cytotechnology. 2016;68(1):61­71. doi: 10.1007/s10616­014­9751­yNiu Y., Zhang J., Dong M. Nrf2 as a potential target for Parkinson’s disease therapy. J Mol Med (Berl). 2021;99(7):917­931. doi: 10.1007/s00109­021­02071­5Niu Y., Zhang J., Dong M. Nrf2 as a potential target for Parkinson’s disease therapy. J Mol Med (Berl). 2021;99(7):917­931. doi: 10.1007/s00109­021­02071­5Okita K., Yamakawa T., Matsumura Y., Sato Y., Amano N., Watanabe A., Goshima N., Yamanaka S. An efficient nonviral method to generate integration­free human­induced 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 integration­free human­induced pluripotent stem cells from cord blood and peripheral blood cells. Stem Cells. 2013;31(3):458-466. doi: 10.1002/stem.1293Shi S., Li S., Zhang X., Wei Z., Fu W., He J., Hu Y., Li M., Zheng L., Zhang Z. LGR4 gene polymorphisms are associated with bone and obesity phenotypes in Chinese female nuclear families. Front Endocrinol. 2021;12:656077. doi: 10.3389/fendo.2021.656077Shi S., Li S., Zhang X., Wei Z., Fu W., He J., Hu Y., Li M., Zheng L., Zhang Z. LGR4 gene polymorphisms are associated with bone and obesity phenotypes in Chinese female nuclear families. Front Endocrinol. 2021;12:656077. doi: 10.3389/fendo.2021.656077Wang M., Ling K.-H., Tan J.J., Lu C.-B. Development and differentiation of midbrain dopaminergic neuron: from bench to bedside. Cells. 2020;9(6):1489. doi: 10.3390/cells9061489Wang M., Ling K.-H., Tan J.J., Lu C.-B. Development and differentiation of midbrain dopaminergic neuron: from bench to bedside. Cells. 2020;9(6):1489. doi: 10.3390/cells9061489Yarkova E.S., Grigor’eva E.V., Medvedev S.P., Pavlova S.V., Zakian S.M., Malakhova A.A. IPSC­derived astrocytes contribute to in vitro modeling of Parkinson’s disease caused by the GBA1 N370S mutation. Int J Mol Sci. 2023;25(1):327. doi: 10.3390/ijms25010327Yarkova E.S., Grigor’eva E.V., Medvedev S.P., Pavlova S.V., Zakian S.M., Malakhova A.A. IPSC­derived astrocytes contribute to in vitro modeling of Parkinson’s disease caused by the GBA1 N370S mutation. Int J Mol Sci. 2023;25(1):327. doi: 10.3390/ijms25010327Yarkova E.S., Grigor’eva E.V., Medvedev S.P., Tarasevich D.A., Pavlova S.V., Valetdinova K.R., Minina J.M., Zakian S.M., Malakhova A.A. Detection of ER stress in iPSC­derived neurons carrying the p.N370S mutation in the GBA1 gene. Biomedicines. 2024;12:744. doi: 10.3390/biomedicines12040744Yarkova E.S., Grigor’eva E.V., Medvedev S.P., Tarasevich D.A., Pavlova S.V., Valetdinova K.R., Minina J.M., Zakian S.M., Malakhova A.A. Detection of ER stress in iPSC­derived neurons carrying the p.N370S mutation in the GBA1 gene. Biomedicines. 2024;12:744. doi: 10.3390/biomedicines12040744

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