Meccanismo patogeno della -sinucleina in un modello HiPSC del morbo di Parkinson

Astratto

-sinucleina è un attore sempre più importante nella patologia di una varietà di condizioni neurodegenerative. La malattia di Parkinson (MdP) è una malattia neurodegenerativa che colpisce principalmente i neuroni dopaminergici (DA) nella substantia nigra del cervello. Tipico della patologia del morbo di Parkinson è il ritrovamento di aggregazioni proteiche denominate "corpi di Lewy" nelle regioni cerebrali colpite. -sinucleina è implicata in molti stati patologici tra cui la demenza con corpi di Lewy (DLB) e il morbo di Alzheimer. Tuttavia, il PD è la sinucleinopatia più comune e continua ad essere un obiettivo significativo della ricerca sul PD in termini di patologia del corpo di Lewy -synuclein. Le mutazioni in diversi geni sono associate allo sviluppo del PD, inclusa la SNCA, che codifica per la -sinucleina. Una varietà di sistemi modello è stata impiegata per studiare la fisiologia e la fisiopatologia della -sinucleina nel tentativo di correlarsi più strettamente alla patologia del PD. Questi modelli includono sistemi cellulari e animali che esplorano tecnologie transgeniche, espressione di vettori virali, approcci knockdown e modelli per studiare i potenziali effetti simili a proteine ​​prioniche della -sinucleina. L'attuale revisione si concentra sui modelli di cellule staminali pluripotenti indotte dall'uomo (iPSC) con un focus specifico sulle mutazioni o moltiplicazioni del gene SNCA. Le iPSC sono una tecnologia in rapida evoluzione con enormi promesse nello studio della fisiologia normale e nella modellazione delle malattie in vitro. La capacità di mantenere il background genetico di un paziente e di replicare fenotipi cellulari simili rende le iPSC un potente strumento nello studio delle malattie neurologiche. Questa recensione si concentra sulle attuali conoscenze sulla funzione fisiologica della -sinucleina e sul suo ruolo nella patogenesi del PD basato su modelli iPSC umani.

Parole chiave

-patogenesi della sinucleina; modelli hiPSC; Morbo di Parkinson; Malattie neurodegenerative;Benefici Cistanche.

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introduzione

Le malattie neurodegenerative sono un gruppo di disturbi progressivi caratterizzati dalla morte delle cellule neuronali, escluse le condizioni principalmente correlate a ischemia, infezione o malignità [1]. Le condizioni neurodegenerative sono i disturbi legati all'età più comuni negli esseri umani, stanno diventando sempre più diffusi e colpiscono milioni di persone in tutto il mondo. Nonostante i notevoli sforzi di ricerca scientifica e clinica, mancano ancora terapie efficaci. Pertanto, è di vitale importanza colmare le lacune nella nostra comprensione dei processi fisiologici e patologici alla base della neurodegenerazione per facilitare lo sviluppo di strategie di trattamento mirate ed efficaci. Negli ultimi 25 anni sono stati identificati molti meccanismi cellulari e molecolari associati alla degenerazione neuronale, i più importanti tra questi sono la deposizione di aggregati proteici [2], le mutazioni del DNA mitocondriale [3] e lo stress ossidativo [4]. La formazione di aggregati anormali di proteine ​​fisiologiche ha riscosso grande interesse ed è identificata come un segno distintivo chiave per molte malattie neurodegenerative, che ora sono raggruppate in quelle che vengono definite proteinopatie [5]. Le proteinopatie neurodegenerative rappresentano un gruppo di malattie definite da aggregazione, deposizione e/o accumulo inappropriati di una proteina normale che ha una funzione fisiologica normale significativa. Le proteinopatie sono classificate in base alla proteina principale trovata in questi depositi, quindi le tauopatie contengono prevalentemente proteina τ e le proteinopatie TDP-43 contengono TDP-43 [6]. -sinucleina è un membro chiave di questo gruppo di proteine ​​coinvolte nelle malattie neurodegenerative.

-sinucleina ha dimostrato di svolgere un ruolo chiave nella patologia di una varietà di condizioni neurodegenerative, raggruppate come sinucleinopatie. -sinucleina è codificata dal gene SNCA che si trova sul cromosoma 4 (4q21.3-22) e le mutazioni in questo gene mostrano un modello di ereditarietà autosomica dominante. È stato dimostrato che le mutazioni in questo gene provocano l'accumulo e l'aggregazione di -sinucleina che si presenta in molti tipi di condizioni neurodegenerative [7-9]. Malattie ben note come il morbo di Parkinson (PD), la demenza con corpi di Lewy (DLB) e l'atrofia multisistemica (MSA) sono comprese in questo gruppo, così come patologie meno comuni come le distrofie neuroassonali, l'insufficienza autonomica pura (PAF) o disturbo del comportamento del sonno REM [10].

Attualmente, è disponibile un ampio spettro di sistemi modello per aiutare nello studio delle sinucleinopatie. I modelli animali forniscono preziose informazioni sui cambiamenti comportamentali associati alle alterazioni neuronali, ma le differenze di specie creano una barriera all'ottenimento di fenotipi specifici della malattia traducibili dall'uomo. I modelli cellulari hanno il vantaggio di consentire alla patologia di svilupparsi rapidamente, sono convenienti e possono essere manipolati geneticamente più facilmente, guadagnando interesse, specialmente negli studi molecolari e cellulari. Negli ultimi 14 anni, l'emergere della tecnologia delle cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC) ha notevolmente migliorato la nostra comprensione dei meccanismi molecolari specifici del paziente della malattia, nonché lo sviluppo di potenziali nuove terapie e screening farmacologico. Questa tecnologia si basa sulla capacità di riprogrammare i fibroblasti del paziente specifici della malattia forzando l'espressione di specifici fattori di trascrizione (più comunemente, Oct4, Sox2, cMyc e Klf4), risultando in uno stato pluripotente. Successivamente, queste cellule pluripotenti vengono poi differenziate in specifiche cellule somatiche mature di interesse [11]. Questo tipo di approccio è comunemente noto come modellazione della "malattia in un piatto" [12] (Figura 1). Questa metodologia ha il vantaggio di mantenere il background genetico completo del paziente e consente di studiare l'impatto di alcune mutazioni chiave sulla fisiopatologia, consentendo la caratterizzazione di fenotipi cellulari chiave basati su mutazioni in malattie complesse come la malattia di Parkinson [13].

I neuroni dopaminergici (DA) sono il principale tipo di cellula utilizzato per studiare la neurodegenerazione nel PD utilizzando diversi protocolli. La maggior parte dei protocolli prevede l'espressione forzata di LMX1A, che codifica un fattore di trascrizione critico per l'identità del mesencefalo ventrale, adottando un approccio di inibizione dual-SMAD. Questo processo si basa sull'uso dei composti Noggin e SB431542 che agiscono come inibitori della famiglia di proteine ​​trasduttrici di segnale SMAD (acronimo dalla fusione dei geni Caenorhabditis elegans SMA e Drosophila MAD, Mothers against decapentaplegic), che sono regolatori chiave di crescita cellulare [14-16]. Più recentemente, la differenziazione può essere diretta dalla sovraespressione forzata dei fattori ASCL1, NURR1 e LMX1A [17]. La riprogrammazione delle cellule dei pazienti PD e la differenziazione in neuroni DA è stata ampiamente esaminata altrove [18,19].

Riconoscendo le preziose informazioni offerte dai modelli iPSC e l'importanza della -sinucleina nella neurodegenerazione, questa recensione si concentrerà sulle conoscenze acquisite dallo studio delle mutazioni SNCA nei sistemi modello iPSC, esplorando l'aggregazione e la tossicità della -sinucleina. In questo contesto, verranno discusse alcune questioni rilevanti: le mutazioni nel gene SNCA sono l'unico istigatore dell'aggregazione -sinucleina? Qual è l'effetto patogeno delle mutazioni SNCA distinto dall'aggregazione -sinucleina?

-sinucleina: struttura e normale funzione fisiologica

Sulla base della letteratura esistente, -sinucleina è una proteina 14-kDa, ubiquitariamente espressa nei terminali presinaptici del cervello, prevalentemente nei neuroni eccitatori, segnalata per la prima volta nel 1988 [20]. La struttura nativa di una proteina -sinucleina è ancora fonte di dibattito, ma è considerata una proteina nativamente non ripiegata in condizioni fisiologiche normali [21,22]. Pertanto la sua struttura può variare in base ai cambiamenti nell'ambiente locale [23], dove può interagire con lipidi [24] o metalli [25]. Si ritiene che i cambiamenti nella struttura della -sinucleina siano correlati al suo misfolding patologico e all'aggregazione comunemente osservati nelle sinucleinopatie [26]. Ad esempio, si è visto che la formazione di oligomeri di -sinucleina indotta da mutazioni come E35K ed E57K influenza la permeabilità e l'integrità della membrana cellulare promuovendo la morte della cellula [27]. Sebbene molti fattori possano contribuire alla produzione e all'aggregazione aberranti di -sinucleina, uno dei principali contributori sono le mutazioni del gene SNCA che codifica per -sinucleina e questo gene è stata la prima mutazione riportata nella PD autosomica dominante [28] con successiva associazione con DLB [28]. 8]. La precisa funzione fisiologica della -sinucleina è ancora sconosciuta ma sono stati identificati vari ruoli associati alla funzione sinaptica. Queste funzioni includono il clustering delle vescicole, il riciclaggio e il mantenimento del pool di riserva delle vescicole sinaptiche [29,30]. Inoltre, è stato dimostrato che la -sinucleina promuove la formazione del complesso SNARE che migliora il rilascio di neurotrasmettitori [31]. Inoltre, è anche coinvolto nella regolazione del traffico intracellulare attraverso l'interazione con più membri della famiglia Rab GTPase [32], nonché con la nucleazione dei microtubuli e la velocità di crescita [33]. Altri studi basati sui dati dei cervelli PD mostrano che la -sinucleina può anche regolare i livelli di dopamina influenzando l'attività del DAT [34]. L'aumento dei livelli di dopamina può portare a danni cellulari come conseguenza dello stress ossidativo [35]. Più recentemente, è stato dimostrato che la -sinucleina inibisce la fosfolipasi D (PLD) che è responsabile della conversione della fosfatidilcolina in acido fosfatidico, modulando i processi neuronali come la crescita, la differenziazione e il rilascio di neurotrasmettitori e la neurodegenerazione DA [36,37]. È stato anche riportato che la -sinucleina svolge un ruolo nella neuroinfiammazione avviando una risposta immunitaria. La -sinucleina extracellulare può innescare l'attivazione e la proliferazione delle cellule immunitarie, la secrezione di citochine e la fagocitosi [38,39].

-sinucleina nei modelli derivati ​​da iPSC con mutazione SNCA

Le iPSC offrono numerosi vantaggi rispetto ad altri sistemi modello, con una fornitura illimitata di cellule fenotipiche clinicamente rilevanti di origine umana, pur mantenendo le caratteristiche genomiche originali del paziente, comprese mutazioni genetiche o anomalie cromosomiche. Le principali varianti SNCA associate al PD genetico, comprese le triplicazioni/duplicazioni [40] e le mutazioni puntiformi missenso come A53T [41], A30T [42] o E46K [9] sono state modellate nelle iPSC. A causa dell'elevata prevalenza di triplicazioni o mutazioni SNCA A53T nei pazienti con PD, la stragrande maggioranza dei modelli iPSC fino ad oggi si concentra su questi due tipi di mutazione e i loro fenotipi caratteristici sono riassunti nella Figura 2.

Modelli iPSC di triplicazione SNCA

La moltiplicazione del gene SNCA è associata a un'età più giovane di insorgenza del morbo di Parkinson e a una maggiore gravità dei sintomi. Le triplicazioni di SNCA determinano la generazione di copie extra del gene SNCA e la sovraespressione di -sinucleina di tipo selvatico che porta alla formazione di aggregati tossici e danno neuronale diffuso [43], suggerendo un effetto dose-dipendente di -sinucleina nella causa della malattia. I portatori di triplicazione SNCA presentano un fenotipo più grave e mostrano una progressione della malattia più rapida rispetto ai portatori di duplicazione e in molti casi mostrano caratteristiche motorie aggiuntive [44]. L'esame neuropatologico del cervello di pazienti con MP con triplicazione di SNCA mostra una grave degenerazione della substantia nigra, una notevole perdita neuronale e vacuolizzazione nella corteccia temporale, nonché un diffuso accumulo di corpi di Lewy [45]. Questa patologia si rispecchia nei neuroni DA derivati ​​da iPSC con triplicazione SNCA, che mostrano livelli aumentati di mRNA di -sinucleina, con conseguenti livelli anormali ed elevati di espressione proteica [46]. Inoltre, i neuroni derivati ​​da iPSC che ospitano questa mutazione mostrano livelli più elevati di fosforilazione di -sinucleina, qualcosa che si trova comunemente nei cervelli PD [47], nonché aumenti anormali degli aggregati di -sinucleina e dei corpi di Lewy [9,48].

I modelli iPSC ora stanno anche iniziando a fornire ulteriori informazioni sui percorsi molecolari sottostanti con triplicazioni SNCA. Lo stress del reticolo endoplasmatico (ER) e l'attivazione della risposta proteica non ripiegata (UPR) sono attivati ​​nei neuroni derivati ​​da iPSC che ospitano la triplicazione SNCA [49]. Ciò dimostra il ruolo cruciale che l'ER gioca nell'eliminazione degli aggregati proteici aberranti all'interno della cellula che portano allo stress dell'ER e ad un UPR associato quando la capacità dell'ER viene superata.

I normali processi neuronali sono influenzati dalla triplicazione SNCA e i modelli iPSC hanno dimostrato che la differenziazione e la maturazione neuronale sono alterate dalla triplicazione SNCA. SNCA triplicazione I neuroni derivati ​​da iPSC non sono in grado di generare una tipica rete neuronale complessa, mantenendo la loro capacità proliferativa e mostrando sottili cambiamenti nella capacità di differenziazione. Queste alterazioni sono ulteriormente supportate dalle significative riduzioni osservate nei geni correlati alla differenziazione come DLK, GABABR2 e NURR1 e da una diminuzione della lunghezza della crescita dei neuriti [46,47]. Questi dati indicano una perdita di capacità rigenerativa che può ulteriormente aggravare la perdita neuronale nei pazienti con PD.

Sebbene la -sinucleina sia prevalentemente localizzata nelle terminazioni nervose presinaptiche, una piccola frazione si trova anche nei nuclei delle cellule. I neuroni iPSC con triplicazione SNCA mostrano alterazioni nella struttura del genoma, con conseguenti danni al DNA [50]. Questi neuroni derivati ​​da iPSC esprimono fenotipi di invecchiamento aberranti, come ulteriormente evidenziato dalla ridotta espressione di marcatori di eterocromatina e mostrano un involucro nucleare anormale [48], oltre a influenzare l'integrità del genoma inducendo rotture del filamento di DNA e morte cellulare [50].

La disfunzione mitocondriale è una caratteristica comune della perdita neuronale ed è il principale organello affetto dalla patologia -sinucleina. In linea con questo, è comune trovare compromissione mitocondriale nei neuroni di triplicazione SNCA derivati ​​da iPSC [51]. La compromissione mitocondriale si manifesta come alterazioni del metabolismo energetico come risultato dell'interruzione di processi essenziali come la capacità respiratoria e la produzione di ATP [52]. Quando i neuroni SNCA triplicati derivati ​​da iPSC sono esposti a basse concentrazioni di ferritina ionoforo di calcio o ROS indotto dal laser, hanno una maggiore suscettibilità alla formazione di pori di transizione di permeabilità (PTP) rispetto ai neuroni di controllo [53]. Diversi studi dimostrano anche che le mutazioni SNCA hanno una maggiore sensibilità basale allo stress ossidativo indotto dalla tossina che può essere aggravato dalle interazioni tra ioni metallici [54]. L'esposizione dei neuroni derivati ​​da iPSC a triplicazione SNCA a tossine come 6OHDA provoca un aumento della morte cellulare e dell'attivazione della caspasi -3 [47], nonché un aumento degli autofagosomi [46]. Questi risultati sono ulteriormente supportati da livelli elevati di marcatori di stress ossidativo come DNAJA1, HMOX2, UCHL1 e HSPB1, coinvolti nella protezione della cellula contro il danno ossidativo, e MAOA, che è una fonte di stress ossidativo quando sovraespresso in questi neuroni. 55].

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Modelli iPSC della mutazione SNCA-A53T

I neuroni derivati ​​da iPSC con la mutazione A53T mostrano una maggiore tendenza a produrre oligomeri e aggregati di -sinucleina rispetto ai neuroni di controllo. Questo corrisponde bene a ciò che si osserva nel cervello umano in pazienti portatori della stessa mutazione [41,56]. La mutazione missenso SNCA-A53T è stata la prima identificata ed è la mutazione più comune presente nei pazienti con PD [28]. La mutazione A53T è associata a un'età di insorgenza precedente di circa 10- anni rispetto ad altre mutazioni puntiformi missenso [44]. La mutazione A53T stabilizza la proteina -synuclein in -sheets, portando a un tasso più rapido di formazione di fibrille come guadagno tossico di funzione, contribuendo all'insorgenza precoce del PD familiare [26,57]. I neuroni derivati ​​da iPSC mostrano anche disregolazione nella produzione di proteine ​​e mRNA correlati alla trascrizione a causa dell'interazione della sinucleina mutata A53T con fattori di trascrizione essenziali, ribonucleoproteine ​​e proteine ​​ribosomiali, sulla base di rapporti di analisi dell'intero genoma [58]. Tuttavia, un altro studio ha mostrato una diminuzione del rapporto tetrameri/monomeri nei neuroni derivati ​​da SNCA-A53T iPSC rispetto al controllo, suggerendo che alcune conformazioni come i tetrameri possono stabilizzare la proteina e prevenire gli effetti tossici osservati con alcuni oligomeri [59].

Come riportato per la triplicazione SNCA nei neuroni derivati ​​da iPSC, il sistema UPR è interrotto anche nei neuroni derivati ​​da SNCA-A53T iPSC. Ciò è associato ad una riduzione dell'espressione del fattore IRE, che è una componente essenziale in questo processo [60]. Il percorso strettamente correlato dello stress lisosomiale è anche perturbato nei neuroni derivati ​​da iPSC mutati A53T, dove la -sinucleina si lega e disattiva ykt6, con conseguente aggregazione proteica che può essere tossica per i neuroni [61].

Simile ai pattern dei neuriti distrofici osservati nei neuroni di triplicazione SNCA, questo è anche il caso dei neuroni SNCA-A53T derivati ​​da iPSC [56]. Varicosità gonfie e grandi inclusioni sferoidali, che sono correlate alla degenerazione precoce dei neuriti, sono presenti nei neuroni SNCA-A53T derivati ​​da iPSC. Queste alterazioni portano all'interruzione della formazione delle reti neuronali con una riduzione significativa dei contatti sinaptici [62]. L'attività sinaptica nei neuroni SNCA-A53T derivati ​​da iPSC è compromessa dalla down-regulation di importanti proteine ​​di adesione cellulare pre e postsinaptiche osservate [62]. Inoltre, la compromissione di questi processi porta ad un'alterazione dell'attività sinaptica con un'ampiezza media maggiore su un maggior numero di transitori spontanei di Ca2 plus [56].

Nei neuroni SNCA-A53T, il processo di trasporto mitocondriale anterogrado è interrotto, il che sembra essere correlato alla nitrazione dei microtubuli e all'incapacità di interagire con i complessi di trasporto mitocondriale [63]. Allo stesso modo, i neuroni SNCA-A53T derivati ​​da iPSC mostrano un ritardo mitofagico correlato all'up-regulation di Miro1, una proteina chiave coinvolta nel trasporto mitocondriale [64]. Anche la morfologia mitocondriale è alterata in una forma più circolare e non ramificata con una significativa riduzione del suo potenziale di membrana nei neuroni mutati [60]. Inoltre, le vie antiossidanti sono elevate, probabilmente come meccanismo compensatorio in risposta all'aumento dello stress mitocondriale. È stato ipotizzato che ciò sia dovuto all'aumento dei livelli di catalasi o del co-attivatore del recettore attivato dal proliferatore del perossisoma 1- (PGC1-) [60]. Tutti questi fattori contribuiscono a un fenotipo pro-apoptotico presente con la mutazione SNCA-A53T. C'è un aumento nell'espressione di proteine ​​​​correlate all'autofagia, come p62 o il marcatore autofagosoma LC3 [60]. Questo processo è particolarmente aggravato nei neuroni SNCA-A53T derivati ​​da iPSC dopo l'esposizione a sostanze agrochimiche [41].

Ulteriori fattori che influenzano l'aggregazione e la patologia -sinucleina trovati nei modelli iPSC

Sebbene la presenza di mutazioni in SNCA sia un fattore chiave che determina il ripiegamento e l'aggregazione delle proteine ​​in specie tossiche, è stato dimostrato che anche altri fattori e variabili svolgono un ruolo in questo processo. Anche i neuroni derivati ​​da iPSC con mutazioni in altri geni mostrano aggregazione -sinucleina e mostrano effetti di tossicità. I neuroni derivati ​​da iPSC portatori della mutazione LRRK2 G2019S presentano livelli aumentati di -sinucleina e hanno aggregazioni significative rispetto ai controlli [65]. Inoltre, questi neuroni sono sensibili all'eccessiva degenerazione se esposti a fibrille preformate di sinucleina (PFF). È interessante notare che questo effetto si è dimostrato reversibile, quando la mutazione è stata corretta nei controlli isogenici, la formazione di aggregati è stata mitigata [66]. Inoltre, è stato trovato un altro fattore che influenza l'aggregazione della sinucleina a causa dell'espressione differenziale della proteina che interagisce con la tioredossina (TXNIP) nelle colture organoidi di neuroni derivati ​​da iPSC con la mutazione LRRK2 G2019S. TXNIP è stato precedentemente identificato come un fattore di rischio per il PD e la sua mutazione e la sua espressione differenziale provocano un accumulo accelerato di -sinucleina nei neuroni LRRK2 G2019S [67]. Le mutazioni TXNIP sono anche collegate a deficit nei meccanismi autofagici che contribuiscono ad aumentare i livelli di accumulo di -sinucleina nei neuroni [68]. Tutti questi dati sono anche in accordo con l'evidenza di campioni di cervello umano, che mostra un'estesa patologia della -sinucleina nei pazienti PD con mutazione LRRK2 G2019S [69].

Il gene parkin (PARK2) che codifica per l'ubiquitina ligasi E3 è un altro fattore importante negli studi iPSC sulla -sinucleina. Studi recenti mostrano un aumento significativo dei livelli di -sinucleina e dell'aggregazione nei neuroni derivati ​​da iPSC da pazienti che presentano mutazioni PARK2 rispetto alle linee di controllo [70,71]. Tuttavia, l'assenza di corpi di Lewy nel cervello dei pazienti PD con mutazioni di parkin rende poco chiara questa connessione dettagliata, suggerendo che la parkin stessa potrebbe interagire e ubiquitinare la proteina che interagisce con la sinucleina, la sinfilina-1 e promuovere le inclusioni dei corpi di Lewy [72] . Esistono anche prove di rari fattori di rischio genetici per il PD come CHCHD2, che mostrano un aumento dell'accumulo di sinucleina insolubile nei neuroni DA derivati ​​da iPSC portatori della mutazione CHCHD2 T61I [73].

I sistemi modello iPSC sono stati inestimabili nel dimostrare queste connessioni e nell'evidenziare l'utilità e il potenziale che la tecnologia iPSC può apportare alla complessa mappatura molecolare della neurodegenerazione della -sinucleina nel morbo di Parkinson.

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Limitazioni dei modelli iPSC dei modelli di malattia

Nonostante i numerosi vantaggi che la tecnologia iPSC facilita nella modellazione delle malattie, ci sono ancora alcune limitazioni e sfide da superare. In primo luogo, la sfida più comune è la tumorigenicità che può essere indotta durante il processo di riprogrammazione utilizzando metodi di riprogrammazione retrovirali e lentivirali. Gli effetti sconosciuti o non misurati del processo di riprogrammazione sono un potenziale fattore di confusione nella valutazione della natura veramente rappresentativa delle iPSC come modelli specifici della malattia. Tuttavia, va notato che i protocolli più recenti utilizzano metodi privi di integrazione come il virus Sendai o i vettori del DNA e contribuiscono in qualche modo a ridurre al minimo questi problemi [74,75]. Un altro ostacolo ben noto con gli studi sulle cellule staminali è la variabilità intrinseca delle iPSC generate da diversi donatori o cloni dallo stesso donatore, questa variabilità è difficile da conciliare in alcuni casi in quanto potrebbe essere un effetto del paziente o un effetto del protocollo. La riprogrammazione è progettata per ripristinare completamente l'impronta epigenetica delle cellule del donatore che in effetti può portare a un potenziale di differenziazione distorta in determinati tipi di cellule [76], tuttavia, alcuni dati sembrano mostrare che la memoria epigenetica è diminuita nel tempo nella coltura [77] . Uno dei principali limiti delle iPSC nella modellazione PD è la generazione di neuroni DA con un fenotipo che invecchia. Gli studi hanno dimostrato che il processo di riprogrammazione riporta una cellula invecchiata a uno stato più giovanile, con fenotipi con telomeri più lunghi, ridotto stress ossidativo e organizzazione mitocondriale competente [78,79]. Tipicamente tutte le cellule utilizzano numerose misure di controllo della qualità per proteggere la normale funzione fisiologica, quindi è possibile che i difetti fenotipici si manifestino solo quando i percorsi protettivi si rompono. Pertanto, la generazione di un fenotipo invecchiato è un compito complesso, ma alcuni dati recenti suggeriscono la possibilità di indurre un fenotipo invecchiato mediante l'aggiunta di progerina, una forma troncata di lamina A che è associata all'invecchiamento precoce [80] e all'inibizione della telomerasi [81]. Ci sono alcuni problemi quando si utilizzano i neuroni derivati ​​da iPSC per modellare la malattia e in particolare gli stati di malattia legati all'età. Nonostante le sfide e le potenziali insidie, i neuroni derivati ​​da iPSC sono una risorsa preziosa nella modellazione della patologia -sinucleina.

Direzioni future con i modelli iPSC della patologia -synuclein

I neuroni derivati ​​da iPSC ci consentono di creare una "malattia in un piatto" ma facilitano anche lo studio dettagliato dei percorsi fisiologici alla base degli stati patologici in vitro. Le specie aggregate di -sinucleina si trovano nel cervello della maggior parte dei pazienti con PD cerebrale e le iPSC sono un potente strumento per studiare la relazione tra -sinucleina e neurodegenerazione, esplorando i ruoli fisiologici e fisiopatologici della -sinucleina. I dati dei modelli neuronali derivati ​​da iPSC di specifiche mutazioni genetiche associate al PD stanno crescendo e mostrano forti correlazioni con i dati dei campioni di cervello umano [9]. In particolare, nel caso delle mutazioni SNCA che sono prevalenti nella popolazione PD, è di fondamentale importanza che le iPSC come modello possano ricapitolare fortemente lo stato della malattia. I dati qui esaminati suggeriscono che le iPSC sono davvero un modello eccellente per studiare la fisiologia e la fisiopatologia delle mutazioni SNCA.

Tipicamente, le mutazioni SNCA determinano la stabilizzazione e l'aggregazione o la fibrillazione della -sinucleina nei corpi di Lewy insieme ad altre proteine. Una volta che queste specie aggregate sono presenti nella cellula, interagiscono con altre strutture cellulari come i microtubuli, compromettendo il trasporto mitocondriale assonale e portando infine a una degenerazione dei terminali sinaptici e alla perdita cellulare [9,26]. Inoltre, importanti funzioni mitocondriali sono interrotte dall'interazione degli oligomeri di -sinucleina con ATP sintasi come l'apertura di PTP, la compromissione della respirazione e l'induzione della perossidazione lipidica [53]. Inoltre, l'interazione degli aggregati -sinucleina con le proteine ​​coinvolte nella mitofagia impedisce l'appropriata clearance dei mitocondri difettosi all'interno della cellula [64]. È stato anche suggerito che le interazioni degli oligomeri di -sinucleina con ioni metallici inducano la formazione di radicali liberi nei neuroni, portando all'interruzione della normale fisiologia cellulare, portando alla morte cellulare [54]. La maggior parte dei fenotipi visualizzati dai neuroni derivati ​​da iPSC si trovano anche nel cervello umano, evidenziando l'idoneità della modellazione iPSC non solo nell'imitare le condizioni fisiologiche e patologiche della cellula, ma anche il loro ruolo potenziale come piattaforma per rivelare nuovi dati che potrebbero avere precedentemente si basava sulla raccolta di biopsie cerebrali da pazienti deceduti.

La modellazione della malattia con iPSC ha fornito importanti prove a sostegno del fatto che le menomazioni in altri meccanismi cellulari possono in alcuni casi indurre l'aggregazione e l'accumulo di -sinucleina. Neuroni derivati ​​da iPSC da pazienti PD portatori di mutazioni, in LRRK2 o parkin evidenziano queste interazioni. Ad esempio, si suggerisce che l'ubiquitinazione della sinfilina-1 nei neuroni derivati ​​da iPSC portatori di mutazioni parkin abbia un ruolo intermedio nell'indurre la formazione del corpo di Lewy [72]. Inoltre, uno dei meccanismi chiave che contribuiscono all'accumulo di -sinucleina è l'autofagia difettosa e la proteolisi lisosomiale, che svolgono un ruolo fondamentale nella rimozione degli aggregati difettosi. È stato dimostrato che questi processi sono compromessi nei neuroni derivati ​​da iPSC mutati LRRK2- [68,82]. In tutti questi studi, i neuroni derivati ​​da iPSC mostrano fenotipi che sono strettamente allineati con quelli riportati per i campioni di cervello umano. Valutare la causa degli aggregati di -sinucleina che si trovano comunemente nei cervelli PD è complesso e fino ad oggi si è rivelato infruttuoso.

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Mentre il ruolo definitivo dell'aggregazione della -sinucleina nella patologia del morbo di Parkinson non è ancora chiaro, la letteratura mostra un'interazione altamente complessa tra queste specie aggregate con molte altre proteine ​​all'interno della cellula, creando una cascata di compromissione del percorso cellulare che favorisce l'aggregazione proteica difettosa, portando infine a degenerazione. In questo ampio e intricato panorama molecolare, i modelli derivati ​​da iPSC di pazienti affetti da PD possono aiutare a identificare l'effetto delle mutazioni più comuni in questa patologia, essendo in grado di imitare con grande precisione i processi cellulari del cervello PD. Inoltre, questo sistema di modellizzazione della "malattia in un piatto" può facilitare sia la scoperta di farmaci ad alto rendimento che la ricerca sugli approcci di terapia cellulare. Il lavoro futuro con la tecnologia CRISPR-Cas9 in combinazione con iPSC potrebbe rivoluzionare l'approccio alle sinucleinopatie per sostituire le mutazioni deleterie o eliminare le moltiplicazioni dai geni chiave della malattia [83] o addirittura la modulazione dei meccanismi correlati come gli istoni coinvolti nelle modifiche post-traduzionali [83] 84].

L'ampio lavoro svolto fino ad oggi su più sistemi modello, suggerisce fortemente che la presenza di aggregati, oligomeri e fibrille di -sinucleina abbia un ruolo centrale nella neurodegenerazione DA correlata al PD. Con un miglioramento della base della piattaforma rilevante per la malattia che utilizza iPSC e la rapida crescita nella nostra comprensione dello stato della malattia, il futuro sembra luminoso per le terapie che possono colpire le sinucleinopatie.

Riferimenti

1. Tsuiji, H. e Yamanaka, K. (2014) Modelli animali per disturbi neurodegenerativi. Biotecnologie animali, pp. 39–56, Elsevier,

2. Bourdenx, M., Koulakiotis, NS, Sanoudou, D., Bezard, E., Dehay, B. e Tsarbopoulos, A. (2017) Aggregazione proteica e neurodegenerazione nelle malattie neurodegenerative prototipiche: esempi di amiloidopatie, tauopatie e sinucleinopatie . progr. Neurobiolo. 155, 171–193,

3. Madabhushi, R., Pan, L. e Tsai, L.‑H. (2014) Danno al DNA e suoi legami con la neurodegenerazione. Neurone 83, 266-282,

4. Rekatsina, M., Paladini, A., Piroli, A., Zis, P., Pergolizzi, JV e Varrassi, G. (2020) Fisiopatologia e prospettive terapeutiche dello stress ossidativo e delle malattie neurodegenerative: una rassegna narrativa. Avv. Là. 37, 113–139,

5. Kovacs, GG (2016) Classificazione patologica molecolare delle malattie neurodegenerative: svolta verso la medicina di precisione. Int. J. Mol. Sci. 17,

6. Kovacs, GG (2017) Concetti e classificazione delle malattie neurodegenerative. Handb. Clino. Neurolo. 145, 301-307,

7. Kiely, AP, Asi, YT, Kara, E., Limousin, P., Ling, H., Lewis, P., et al. (2013) -Sinucleinopatia associata alla mutazione SNCA G51D: un legame tra il morbo di Parkinson e l'atrofia multisistemica? Acta Neuropathol. 125, 753-769,

8. Zarranz, JJ, Alegre, J., G´omez-Esteban, JC, Lezcano, E., Ros, R., Ampuero, I. et al. (2004) La nuova mutazione, E46K, dell'alfa-sinucleina provoca il Parkinson e la demenza da corpi di Lewy. Anna. Neurolo. 55, 164-173,

9. Prots, I., Grosch, J., Brazdis, R.-M., Simmnacher, K., Veber, V., Havlicek, S. et al. (2018) -Gli oligomeri della sinucleina inducono una disfunzione assonale precoce nei modelli umani di sinucleinopatie basati su iPSC. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 115, 7813–7818,

10. McCann, H., Stevens, CH, Cartwright, H. e Halliday, GM (2014) - Fenotipi della sinucleinopatia. Parkinsonismo Relat. Disordine. 20, S62–S67,

11. Takahashi, K., Tanabe, K., Ohnuki, M., Narita, M., Ichisaka, T., Tomoda, K. et al. (2007) Induzione di cellule staminali pluripotenti da fibroblasti umani adulti mediante fattori definiti. Cella 131, 861–872,

12. Vogel, G. (2010) Cellule staminali. Le malattie in un piatto decollano. Scienza 330, 1172–1173,

13. Avazzadeh, S., Baena, JM, Keighron, C., Feller-Sanchez, Y. e Quinlan, LR (2021) Modellazione della malattia di Parkinson: iPSC verso una migliore comprensione della patologia umana. Cervello Sci. 11,

14. S´anchez-Dan´es, A., Consiglio, A., Richaud, Y., Rodr´ıguez-Piz`a, I., Dehay, B., Edel, M., et al. (2012) Generazione efficiente di neuroni dopaminergici del mesencefalo A9 mediante consegna lentivirale di LMX1A in cellule staminali embrionali umane e cellule staminali pluripotenti indotte. Ronzio. Gene Ther. 23, 56–69,

15. Chambers, SM, Fasano, CA, Papapetrou, EP, Tomishima, M., Sadelain, M. e Studer, L. (2009) Conversione neurale altamente efficiente delle cellule ES e iPS umane mediante doppia inibizione della segnalazione SMAD. Nat. Biotecnol. 27, 275-280,

16. Kriks, S., Shim, J.-W., Piao, J., Ganat, YM, Wakeman, DR, Xie, Z. et al. (2011) I neuroni della dopamina derivati ​​da cellule ES umane si attecchiscono in modo efficiente in modelli animali della malattia di Parkinson. Natura 480, 547–551,

17. Theka, I., Caiazzo, M., Dvoretskova, E., Leo, D., Ungaro, F., Curreli, S. et al. (2013) Generazione rapida di neuroni dopaminergici funzionali da cellule staminali pluripotenti indotte dall'uomo attraverso una procedura a passaggio singolo utilizzando fattori di trascrizione del lignaggio cellulare. Cellule Staminali Trasl. Med. 2, 473–479,

18. Wang, M., Ling, K.-H., Tan, JJ e Lu, C.-B. (2020) Sviluppo e differenziazione del neurone dopaminergico del mesencefalo: dal banco al capezzale. Celle 9,

19. Marton, RM e Ioannidis, JPA (2019) Un'analisi completa dei protocolli per la derivazione di neuroni dopaminergici da cellule staminali pluripotenti umane. Cellule Staminali Trasl. Med. 8, 366–374,

20. Maroteaux, L., Campanelli, JT e Scheller, RH (1988) Synuclein: una proteina neurone-specifica localizzata nel nucleo e nel terminale nervoso presinaptico. J. Neurosci. 8, 2804–2815,

21. Uversky, VN, Li, J. e Fink, AL (2001) Prove per un intermedio parzialmente piegato nella formazione di fibrille alfa-sinucleina. J. Biol. Chim. 276, 10737–10744,

22. Theillet, F.-X., Binolfifi, A., Bekei, B., Martorana, A., Rose, HM, Stuiver, M. et al. (2016) Il disturbo strutturale della sinucleina monomerica persiste nelle cellule dei mammiferi. Natura 530, 45–50,

23. Buell, AK, Galvagnion, C., Gaspar, R., Sparr, E., Vendruscolo, M., Knowles, TPJ et al. (2014) Le condizioni di soluzione determinano l'importanza relativa dei processi di nucleazione e crescita nell'aggregazione -sinucleina. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 111, 7671–7676,

24. Rovere, M., Sanderson, JB, Fonseca-Ornelas, L., Patel, DS e Bartels, T. (2018) Ripiegamento della sinucleina elicoidale solubile attraverso l'interazione transitoria con le interfacce lipidiche. FEBS Lett. 592, 1464–1472,

25. Moons, R., Konijnenberg, A., Mensch, C., Van Elzen, R., Johannessen, C., Maudsley, S. et al. (2020) Forma di ioni metallici -sinucleina. Sci. Rep. 10, 16293,

26. Bertoncini, CW, Fernandez, CO, Griesinger, C., Jovin, TM e Zweckstetter, M. (2005) I mutanti familiari dell'alfa-sinucleina con maggiore neurotossicità hanno una conformazione destabilizzata. J. Biol. Chim. 280, 30649–30652,

27. Vincitore, B., Jappelli, R., Maji, SK, Desplats, PA, Boyer, L., Aigner, S. et al. (2011) Dimostrazione in vivo che gli oligomeri di alfa-sinucleina sono tossici. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108, 4194–4199,

28. Polymeropoulos, MH, Lavedan, C., Leroy, E., Ide, SE, Dehejia, A., Dutra, A. et al. (1997) Mutazione nel gene alfa-sinucleina identificata nelle famiglie con malattia di Parkinson. Scienza 276, 2045–2047,

29. Lashuel, HA, Overk, CR, Oueslati, A. e Masliah, E. (2013) Le molte facce della -sinucleina: dalla struttura e dalla tossicità all'obiettivo terapeutico. Nat. Rev. Neurosci. 14, 38–48,

30. Cabin, DE, Shimazu, K., Murphy, D., Cole, NB, Gottschalk, W., McIlwain, KL et al. (2002) L'esaurimento della vescicola sinaptica correla con risposte sinaptiche attenuate alla stimolazione ripetuta prolungata nei topi privi di alfa-sinucleina. J. Neurosci. 22, 8797–8807,

31. Burr´e, J., Sharma, M., Tsetsenis, T., Buchman, V., Etherton, MR e S ¨udhof, TC (2010) L'alfa-sinucleina promuove l'assemblaggio del complesso SNARE in vivo e in vitro. Scienza 329, 1663–1667,

32. Miraglia, F., Ricci, A., Rota, L. e Colla, E. (2018) Localizzazione subcellulare di aggregati di alfa-sinucleina e loro interazione con le membrane. Rigenerazione neurale. Ris. 13, 1136-1144,

33. Carnwath, T., Mohammed, R. e Tsiang, D. (2018) Gli effetti diretti e indiretti della -sinucleina sulla stabilità dei microtubuli nella patogenesi della malattia di Parkinson. Neuropsichiatra. Dis. Trattare. 14, 1685–1695,

34. Wersinger, C. e Sidhu, A. (2003) Attenuazione dell'attività del trasportatore della dopamina da parte di -sinucleina. Neurosci. Lett. 340, 189–192,

35. Lee, FJ, Liu, F., Pristupa, ZB e Niznik, HB (2001) Il legame diretto e l'accoppiamento funzionale dell'alfa-sinucleina ai trasportatori della dopamina accelerano l'apoptosi indotta dalla dopamina. FASEB J. 15, 916–926

36. Ahn, B.-H., Rhim, H., Kim, SY, Sung, Y.-M., Lee, M.-Y., Choi, J.-Y. et al. (2002) l'alfa-sinucleina interagisce con gli isoenzimi della fosfolipasi D e inibisce l'attivazione della fosfolipasi D indotta dal pervanadato nelle cellule renali embrionali umane-293. J. Biol. Chim. 277, 12334-12342,

37. Gorbatyuk, OS, Li, S., Nguyen, FN, Manfredsson, FP, Kondrikova, G., Sullivan, LF et al. (2010) -L'espressione della sinucleina nel ratto substantia nigra sopprime la tossicità della fosfolipasi D2 e ​​la neurodegenerazione nigrale. Mol. Là. 18, 1758–1768,

38. Ferreira, SA e Romero-Ramos, M. (2018) Risposta della microglia durante la malattia di Parkinson: intervento alfa-sinucleina. Davanti. Cellula. Neurosci. 12, 247,

39. Grozdanov, V. e Danzer, KM (2020) Alfa-sinucleina intracellulare e funzione delle cellule immunitarie. Davanti. Cell Dev. Biol. 8, 562692,

40. Devine, MJ, Ryten, M., Vodicka, P., Thomson, AJ, Burdon, T., Houlden, H. et al. (2011) La malattia di Parkinson ha indotto cellule staminali pluripotenti con triplicazione del locus -synuclein. Nat. Comune. 2, 440,

41. Ryan, SD, Dolatabadi, N., Chan, SF, Zhang, X., Akhtar, MW, Parker, J. et al. (2013) Il modello isogenico umano iPSC Parkinson mostra una disfunzione indotta da stress nitrosativo nella trascrizione MEF2-PGC1. Cella 155, 1351–1364,

42. Barbuti, P., Antony, P., Santos, B., Massart, F., Cruciani, G., Dording, C. et al. (2020) L'utilizzo di uno screening ad alto contenuto per generare cloni iPS derivati ​​​​dal paziente corretti da geni a singola cellula rivela un eccesso di alfa-sinucleina con la mutazione puntiforme A30P del morbo di Parkinson familiare. Celle 9,

43. Deng, H. e Yuan, L. (2014) Varianti genetiche e modelli animali nella SNCA e nel morbo di Parkinson. Invecchiamento Ris. Apocalisse 15, 161–176,

44. Kasten, M. e Klein, C. (2013) I molti volti delle mutazioni dell'alfa-sinucleina. lun. Disordine. 28, 697–701,

45. Singleton, AB, Farrer, M., Johnson, J., Singleton, A., Hague, S., Kachergus, J. et al. (2003) la triplicazione del locus alfa-sinucleina causa il morbo di Parkinson. Scienza 302, 841,

46. ​​Oliveira, LMA, Falomir-Lockhart, LJ, Botelho, MG, Lin, KH, Galles, P., Koch, JC et al. (2015) L'elevata -sinucleina causata dalla triplicazione del gene SNCA compromette la differenziazione e la maturazione neuronale nelle cellule staminali pluripotenti indotte derivate dal paziente di Parkinson. Morte cellulare Dis. 6, e1994,

47. Lin, L., G¨oke, J., Cukuroglu, E., Dranias, MR, VanDongen, AMJ e Stanton, LW (2016) Caratteristiche molecolari alla base della neurodegenerazione identificate attraverso la modellazione in vitro di pazienti con malattia di Parkinson geneticamente diversi. Cell Rep. 15, 2411–2426,

48. Tagliafifierro, L., Zamora, ME e Chiba-Falek, O. (2019) La moltiplicazione del locus SNCA aggrava l'invecchiamento nucleare neuronale. Ronzio. Mol. Genetta. 28, 407–421,

49. Heman-Ackah, SM, Manzano, R., Hoozemans, JJM, Scheper, W., Flynn, R., Hagerty, W. et al. (2017) L'alfa-sinucleina induce la risposta proteica dispiegata nei neuroni derivati ​​da iPSC della triplicazione SNCA della malattia di Parkinson. Ronzio. Mol. Genetta. 26, 4441-4450,

50. Vasquez, V., Mitra, J., Hegde, PM, Pandey, A., Sengupta, S., Mitra, S., et al. (2017) La sinucleina ossidata legata alla cromatina provoca rotture del filamento nei genomi neuronali in modelli in vitro del morbo di Parkinson. J. Malattia di Alzheimer Dis. 60, S133–S150,

51. Brazdis, R.-M., Alecu, JE, Marsch, D., Dahms, A., Simmnacher, K., L ¨orentz, S. et al. (2020) Dimostrazione della vulnerabilità neuronale specifica della regione del cervello in un modello umano basato su iPSC della malattia di Parkinson familiare. Ronzio. Mol. Genetta. 29, 1180-1191,

52. Flierl, A., Oliveira, LMA, Falomir-Lockhart, LJ, Mak, SK, Hesley, J., Soldner, F. et al. (2014) Maggiore vulnerabilità e sensibilità allo stress delle cellule precursori neuronali che trasportano una triplicazione del gene alfa-sinucleina. PLoS UNO 9, e112413,

53. Ludtmann, MHR, Angelova, PR, Horrocks, MH, Choi, ML, Rodrigues, M., Baev, AY et al. (2018) -gli oligomeri della sinucleina interagiscono con l'ATP sintasi e aprono il poro di transizione della permeabilità nella malattia di Parkinson. Nat Comune. 9, 2293,

54. Deas, E., Cremades, N., Angelova, PR, Ludtmann, MHR, Yao, Z., Chen, S. et al. (2016) Gli oligomeri dell'alfa-sinucleina interagiscono con gli ioni metallici per indurre lo stress ossidativo e la morte neuronale nella malattia di Parkinson. Antiossidante. Segnale redox. 24, 376-391,

55. Byers, B., Cord, B., Nguyen, HN, Sch¨ule, B., Fenno, L., Lee, PC et al. (2011) SNCA triplicazione I neuroni DA derivati ​​da iPSC del paziente di Parkinson accumulano -sinucleina e sono suscettibili allo stress ossidativo. PLoS UNO 6, e26159,

56. Zygogianni, O., Antoniou, N., Kalomoiri, M., Kouroupi, G., Taoufifik, E. e Matsas, R. (2019) Fenotipizzazione in vivo del morbo di Parkinson familiare con cellule staminali pluripotenti indotte dall'uomo: una prova studio di concetto. Neurochimico. Ris. 44, 1475–1493,

57. Conway, KA, Harper, JD e Lansbury, PT (1998) Formazione di fibrille in vitro accelerata da un'alfa-sinucleina mutante legata alla malattia di Parkinson ad esordio precoce. Nat. Med. 4, 1318-1320,

58. Khurana, V., Peng, J., Chung, CY, Auluck, PK, Fanning, S., Tardiff, DF et al. (2017) Le reti su scala genomica collegano i geni delle malattie neurodegenerative alla -sinucleina attraverso specifici percorsi molecolari. Sistema cellulare 4, 157.e14–170.e14,

59. Dettmer, U., Newman, AJ, Soldner, F., Luth, ES, Kim, NC, von Saucken, VE et al. (2015) Le mutazioni missense della sinucleina che causano il Parkinson spostano i tetrameri nativi in ​​​​monomeri come meccanismo per l'inizio della malattia. Nat. Comune. 6, 7314,

60. Zambon, F., Cherubini, M., Fernandes, HJR, Lang, C., Ryan, BJ, Volpato, V. et al. (2019) La patologia cellulare-sinucleina è associata a disfunzione bioenergetica nei neuroni dopaminergici derivati ​​da iPSC di Parkinson. Ronzio. Mol. Genetta. 28, 2001–2013,

61. Cuddy, LK, Wani, WY, Morella, ML, Pitcairn, C., Tsutsumi, K., Fredriksen, K. et al. (2019) La clearance cellulare indotta dallo stress è mediata dalla proteina SNARE ykt6 e interrotta dalla -sinucleina. Neurone 104, 869.e11–884.e11,

62. Kouroupi, G., Taoufifik, E., Vlachos, IS, Tsioras, K., Antoniou, N., Papastefanaki, F. et al. (2017) Connettività sinaptica difettosa e neuropatologia assonale in un modello umano basato su iPSC della malattia di Parkinson familiare. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 114, E3679–E3688,

63. Stykel, MG, Humphries, K., Kirby, MP, Czaniecki, C., Wang, T., Ryan, T. et al. (2018) La nitrazione dei microtubuli blocca il trasporto mitocondriale assonale in un modello di cellule staminali pluripotenti umane del morbo di Parkinson. FASEB J. 32, 5350–5364,

64. Shaltouki, A., Hsieh, C.-H., Kim, MJ e Wang, X. (2018) L'alfa-sinucleina ritarda la mitofagia e il targeting per Miro salva la perdita di neuroni nei modelli di Parkinson. Acta Neuropathol. 136, 607-620,

65. Nguyen, HN, Byers, B., Cord, B., Shcheglovitov, A., Byrne, J., Gujar, P. et al. (2011) I neuroni DA derivati ​​da iPSC mutanti LRRK2 dimostrano una maggiore suscettibilità allo stress ossidativo. Cellula staminale cellulare 8, 267–280,

66. Bieri, G., Brahic, M., Bousset, L., Couthouis, J., Kramer, NJ, Ma, R. et al. (2019) LRRK2 modifica la patologia -syn e si diffonde nei modelli murini e nei neuroni umani. Acta Neuropathol. 137, 961–980,

67. Kim, H., Park, HJ, Choi, H., Chang, Y., Park, H., Shin, J. et al. (2019) Modellazione del morbo di Parkinson sporadico G2019S-LRRK2 negli organoidi del mesencefalo 3D. Cellula staminale Rep. 12, 518–531,

68. Reinhardt, P., Schmid, B., Burbulla, LF, Sch¨ondorf, DC, Wagner, L., Glatza, M. et al. (2013) La correzione genetica di una mutazione LRRK2 nelle iPSC umane collega la neurodegenerazione parkinsoniana ai cambiamenti ERK-dipendenti nell'espressione genica. Cellula staminale cellulare. 12, 354-367,

69. Schiesling, C., Kieper, N., Seidel, K. e Kr¨uger, R. (2008) Review: Malattia di Parkinson familiare–genetica, fenotipo clinico e neuropatologia sulla forma sporadica comune della malattia. Neuropatolo. Appl. Neurobiolo. 34, 255-271,

70. Shaltouki, A., Sivapatham, R., Pei, Y., Gerencser, AA, Momˇcilovi ´c, O., Rao, MS et al. (2015) Alterazioni mitocondriali di PARKIN nei neuroni dopaminergici utilizzando linee iPSC isogeniche PARK2 specifiche per il paziente e PARK2 knockout. Cellula staminale Rep. 4, 847–859,

71. Imaizumi, Y., Okada, Y., Akamatsu, W., Koike, M., Kuzumaki, N., Hayakawa, H. et al. (2012) Disfunzione mitocondriale associata ad aumento dello stress ossidativo e accumulo di -sinucleina nei neuroni derivati ​​da iPSC PARK2 e nel tessuto cerebrale post mortem. Mol. Cervello 5, 35,

72. Chung, KK, Zhang, Y., Lim, KL, Tanaka, Y., Huang, H., Gao, J., et al. (2001) Parkin ubiquitina la proteina che interagisce con l'alfa-sinucleina, sinfilina-1: implicazioni per la formazione di corpi di Lewy nella malattia di Parkinson. Nat. Med. 7, 1144–1150,

73. Ikeda, A., Nishioka, K., Meng, H., Takanashi, M., Hasegawa, I., Inoshita, T. et al. (2019) Le mutazioni in CHCHD2 causano l'aggregazione di -synuclein. Ronzio. Mol. Genetta. 28, 3895–3911,

74. Papapetrou, EP e Sadelain, M. (2011) Generazione di cellule staminali pluripotenti indotte dall'uomo senza transgene con un singolo vettore policistronico asportabile. Nat. Protoc. 6, 1251-1273,

75. Narsinh, KH, Jia, F., Robbins, RC, Kay, MA, Longaker, MT e Wu, JC (2011) Generazione di cellule staminali pluripotenti indotte dall'uomo adulto utilizzando vettori di DNA a minicerchio non virale. Nat. Protoc. 6, 78–88,

76. Kim, K., Zhao, R., Doi, A., Ng, K., Unternaehrer, J., Cahan, P. et al. (2011) Il tipo di cellula del donatore può influenzare l'epigenoma e il potenziale di differenziazione delle cellule staminali pluripotenti indotte dall'uomo. Nat. Biotecnol. 29, 1117–1119,

77. Nishino, K., Toyoda, M., Yamazaki-Inoue, M., Fukawatase, Y., Chikazawa, E., Sakaguchi, H. et al. (2011) Dinamiche di metilazione del DNA nelle cellule staminali pluripotenti indotte dall'uomo nel tempo. PLoS Genet. 7, e1002085,

78. Yehezkel, S., Rebibo-Sabbah, A., Segev, Y., Zuckerman, M., Shaked, R., Huber, I. et al. (2011) Riprogrammazione delle regioni telomeriche durante la generazione di cellule staminali pluripotenti indotte dall'uomo e successiva differenziazione in derivati ​​simili a fibroblasti. Epigenetica 6, 63-75,

79. Rohani, L., Johnson, AA, Arnold, A. e Stolzing, A. (2014) La firma dell'invecchiamento: un segno distintivo delle cellule staminali pluripotenti indotte? Cella di invecchiamento 13, 2–7,

80. Miller, JD, Ganat, YM, Kishinevsky, S., Bowman, RL, Liu, B., Tu, EY et al. (2013) Modellazione basata su iPSC umana della malattia ad esordio tardivo attraverso l'invecchiamento indotto dalla progerina. Cellula staminale cellulare 13, 691–705,

81. Vera, E., Bosco, N. e Studer, L. (2016) Generazione di modelli di malattia basati su iPSC umani a insorgenza tardiva inducendo fenotipi neuronali correlati all'età attraverso la manipolazione della telomerasi. Cell Rep. 17, 1184–1192,

82. S´anchez-Dan´es, A., Richaud-Patin, Y., Carballo-Carbajal, I., Jim´enez-Delgado, S., Craig, C., Mora, S., et al. (2012) Fenotipi specifici della malattia nei neuroni della dopamina da modelli umani basati su iPS di morbo di Parkinson genetico e sporadico. EMBOMol. Med. 4, 380-395,

83. Safari, F., Hatam, G., Behbahani, AB, Rezaei, V., Barekati-Mowahed, M., Petramfar, P. et al. (2020) Sistema CRISPR: una cassetta degli attrezzi ad alto rendimento per la ricerca e il trattamento del morbo di Parkinson. Cellula. Mol. Neurobiolo. 40, 477-493, h

84. Guhathakurta, S., Kim, J., Adams, L., Basu, S., Song, MK, Adler, E. et al. (2021) L'attenuazione mirata di segni istonici elevati alla SNCA allevia la -sinucleina nella malattia di Parkinson. EMBOMol. Med. 13, e12188,

Jara M. Baena-Montes1 , Sahar Avazzadeh1 e Leo R. Quinlan1,2

1. Scuola di Medicina di Fisiologia, Università Nazionale d'Irlanda Galway, Galway, Irlanda;

2. C ´ URAM SFI Centre for Research in Medical Devices, National University of Ireland Galway, Galway, Irlanda