Создание и характеристика семи линий индуцированных плюрипотентных стволовых клеток от двух пациентов с болезнью Паркинсона, несущих вариант c.1087G>T гена LGR4

   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.

1. Cowan 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/NEJMsr040330

2. Fernandes 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.2016.01.013

3. Funayama 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/s10038­022­01058­5

4. 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. 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/ijms24054437

5. Grigor’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/ijms25116102

6. 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. 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/vjgb­24­76

7. Hastings 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.978­3­318­06867­2

8. Livak 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.2001.1262

9. Mancini 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.133434

10. Marchetti 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.13101

11. Marciniak 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/s41573­021­00320­3

12. Menzorov 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/s10616­014­9751­y

13. Niu 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/s00109­021­02071­5

14. Okita 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.1293

15. Shi 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.2021.656077

16. Wang 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/cells9061489

17. Yarkova 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/ijms25010327

18. Yarkova 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