Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Những biến đổi trong metyl hóa DNA ở nơ-ron được tạo ra từ iPSC và hESC: những hệ lụy tiềm năng đối với mô hình hóa bệnh lý thần kinh
Tóm tắt
Thiên hướng di truyền và những thay đổi về sinh học biểu sinh đều được coi là nguyên nhân góp phần vào các bệnh thoái hóa thần kinh rời rạc (NDD) như bệnh Parkinson (PD). Vì việc tái lập trình tế bào và việc sinh ra tế bào gốc có khả năng sinh dưỡng đa năng (iPSC) gắn liền với việc tái cấu trúc sinh học biểu sinh chính, nên vẫn chưa rõ mức độ mà nơ-ron được tạo ra từ iPSC có thể mô hình hóa những thay đổi liên quan đến bệnh lý biểu sinh. Một câu hỏi quan trọng cần được giải đáp trong bối cảnh này là liệu nơ-ron được tạo ra từ iPSC có thể thể hiện các dấu ấn biểu sinh thường thấy ở nơ-ron được tạo ra từ tế bào gốc phôi người (hESC) không được tái lập trình. Ở đây, chúng tôi so sánh những nơ-ron trưởng thành được tạo ra từ hESC và iPSC đồng nhất được sinh ra từ những tế bào gốc thần kinh có nguồn gốc từ hESC. Phân tích metyl hóa DNA toàn bộ hệ gen dựa trên công nghệ 450 K và phân tích biểu hiện gen bằng mảng HT12v4 được bổ trợ bởi một phân tích sâu về các gen đã chọn, được biết đến là tham gia vào NDD. Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy rằng các mô hình metyl hóa DNA và biểu hiện gen của nơ-ron từ iPSC và hESC đồng nhất được bảo tồn đáng kể ở cả quy mô toàn bộ hệ gen cũng như ở cấp độ gen đơn lẻ. Nhìn chung, nơ-ron từ iPSC thể hiện những mô hình metyl hóa DNA tương tự so với nơ-ron từ hESC đồng nhất. Các nghiên cứu tiếp theo sẽ cần thiết để khám phá xem các mô hình biểu sinh quan sát được trong nơ-ron từ iPSC có tương ứng với các mô hình có thể phát hiện trong những nơ-ron não tự nhiên hay không.
Từ khóa
#bệnh lý thoái hóa thần kinh #metyl hóa DNA #tế bào gốc #tế bào gốc có khả năng sinh dưỡng đa năng #biểu sinh họcTài liệu tham khảo
Landgrave-Gomez J, Mercado-Gomez O, Guevara-Guzman R. Epigenetic mechanisms in neurological and neurodegenerative diseases. Front Cell Neurosci. 2015;9:1–11.
Jowaed A, Schmitt I, Kaut O, Wüllner U. Methylation regulates alpha-synuclein expression and is decreased in Parkinson’s disease patients’ brains. J Neurosci. 2010;30:6355–9.
Ibáñez P, Bonnet A-M, Débarges B, Lohmann E, Tison F, Pollak P, et al. Causal relation between alpha-synuclein gene duplication and familial Parkinson’s disease. Lancet. 2004;364:1169–71.
Singleton AB, Farrer M, Johnson J, Singleton A, Hague S, Kachergus J, et al. Alpha-Synuclein locus triplication causes Parkinson’s disease. Science. 2003;302:841.
de Boni L, Tierling S, Roeber S, Walter J, Giese A, Kretzschmar H a. Next-generation sequencing reveals regional differences of the α-synuclein methylation state independent of Lewy body disease. NeuroMolecular Med. 2011;13:310–20.
Koch P, Breuer P, Peitz M, Jungverdorben J, Kesavan J, Poppe D, et al. Excitation-induced ataxin-3 aggregation in neurons from patients with Machado-Joseph disease. Nature. 2011;480:543–6.
Cooper O, Seo H, Andrabi S, Guardia-Laguarta C, Graziotto J, Sundberg M, et al. Pharmacological rescue of mitochondrial deficits in iPSC-derived neural cells from patients with familial Parkinson’s disease. Sci Transl Med. 2012;4:141ra90.
Kondo T, Asai M, Tsukita K, Kutoku Y, Ohsawa Y, Sunada Y, et al. Modeling Alzheimer’s disease with iPSCs reveals stress phenotypes associated with intracellular Aβ and differential drug responsiveness. Cell Stem Cell. 2013;12:487–96.
Donnelly CJ, Zhang P-W, Pham JT, Heusler AR, Mistry NA, Vidensky S, et al. RNA toxicity from the ALS/FTD C9ORF72 expansion is mitigated by antisense intervention. Neuron. 2013;80:415–28.
Jacobs BM. Stemming the hype: what can we learn from iPSC models of Parkinson’s disease and how can we learn it? J Parkinsons Dis. 2014;4:15–27.
Fernandez-Santiago R, Carballo-Carbajal I, Castellano G, Torrent R, Richaud Y, Sanchez-Danes A, et al. Aberrant epigenome in iPSC-derived dopaminergic neurons from Parkinson’s disease patients. EMBO Mol Med. 2015;7:1529–46.
Medvedev SP, Pokushalov E a, Zakian SM. Epigenetics of pluripotent cells. Acta Nat. 2012;4:28–46.
Bilic J, Izpisua Belmonte JC. Concise review: induced pluripotent stem cells versus embryonic stem cells: close enough or yet too far apart? Stem Cells. 2012;30:33–41.
Koch P, Opitz T, Steinbeck J a, Ladewig J, Brüstle O. A rosette-type, self-renewing human ES cell-derived neural stem cell with potential for in vitro instruction and synaptic integration. Proc Natl Acad Sci U S A. 2009;106:3225–30.
Kim M, Park Y-K, Kang T-W, Lee S-H, Rhee Y-H, Park J-L, et al. Dynamic changes in DNA methylation and hydroxymethylation when hES cells undergo differentiation toward a neuronal lineage. Hum Mol Genet. 2014;23:657–67.
Gries J, Schumacher D, Arand J, Lutsik P, Markelova MR, Fichtner I, et al. Bi-PROF: bisulfite profiling of target regions using 454 GS FLX Titanium technology. Epigenetics. 2013;8:765–71.
Conrad B, Antonarakis SE. Gene duplication: a drive for phenotypic diversity and cause of human disease. Annu Rev Genomics Hum Genet. 2007;8:17–35.
Dracheva S, Davis KL, Chin B, Woo D a, Schmeidler J, Haroutunian V. Myelin-associated mRNA and protein expression deficits in the anterior cingulate cortex and hippocampus in elderly schizophrenia patients. Neurobiol Dis. 2006;21:531–40.
Ohsawa Y, Murakami T, Miyazaki Y, Shirabe T, Sunada Y. Peripheral myelin protein 22 is expressed in human central nervous system. J Neurol Sci. 2006;247:11–5.
Masliah E, Dumaop W, Galasko D, Desplats P. Distinctive patterns of DNA methylation associated with Parkinson disease: identification of concordant epigenetic changes in brain and peripheral blood leukocytes. Epigenetics. 2013;8:1030–8.
Turan S, Bastepe M. The GNAS complex locus and human diseases associated with loss-of-function mutations or epimutations within this imprinted gene. Horm Res Paediatr. 2013;80:229–41.
Urdinguio RG, Sanchez-Mut JV, Esteller M. Epigenetic mechanisms in neurological diseases: genes, syndromes, and therapies. Lancet Neurol. 2009;8:1056–72.
Torrent R, De Angelis Rigotti F, Dell’Era P, Memo M, Raya A, Consiglio A. Using iPS cells toward the understanding of Parkinson’s disease. J Clin Med. 2015;4:548–66.
Choi J, Lee S, Mallard W, Clement K, Tagliazucchi GM, Lim H, et al. A comparison of genetically matched cell lines reveals the equivalence of human iPSCs and ESCs. Nat Biotechnol. 2015;33:1173–81.
Guenther MG, Frampton GM, Soldner F, Hockemeyer D, Mitalipova M, Jaenisch R, et al. Chromatin structure and gene expression programs of human embryonic and induced pluripotent stem cells. Cell Stem Cell. 2010;7:249–57.
Lo Sardo V, Ferguson W, Erikson GA, Topol EJ, Baldwin KK, Torkamani A. Influence of donor age on induced pluripotent stem cells. Nat Biotechnol. 2016;35:1–8.
Hochedlinger K, Jaenisch R. Induced pluripotency and epigenetic reprogramming. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2015;7:a019448.
Li M, Belmonte JCI. Ground rules of the pluripotency gene regulatory network. Nat Rev Genet. 2017;18:180–91.
McDonald KL, Rapkins RW, Olivier J, Zhao L, Nozue K, Lu D, et al. The T genotype of the MGMT C>T (rs16906252) enhancer single-nucleotide polymorphism (SNP) is associated with promoter methylation and longer survival in glioblastoma patients. Eur J Cancer. 2013;49:360–8.
Teichroeb JH, Betts DH, Vaziri H. Suppression of the imprinted gene NNAT and X-chromosome gene activation in isogenic human iPS cells. PLoS One. 2011;6:e23436.
Mallon BS, Hamilton RS, Kozhich O a, Johnson KR, Fann YC, Rao MS, et al. Comparison of the molecular profiles of human embryonic and induced pluripotent stem cells of isogenic origin. Stem Cell Res. 2014;12:376–86.
Xia N, Zhang P, Fang F, Wang Z, Rothstein M, Angulo B, et al. Transcriptional comparison of human induced and primary midbrain dopaminergic neurons. Sci Rep. 2016;6:20270.
Schmitt I, Kaut O, Khazneh H, de Boni L, Ahmad A, Berg D, et al. L-dopa increases α-synuclein DNA methylation in Parkinson’s disease patients in vivo and in vitro. Mov Disord. 2015;13:1794–801.
Assenov Y, Müller F, Lutsik P, Walter J, Lengauer T, Bock C. Comprehensive analysis of DNA methylation data with RnBeads. Nat Methods. 2014;11:1138–40.
Lutsik P, Feuerbach L, Arand J, Lengauer T, Walter J, Bock C. BiQ Analyzer HT: locus-specific analysis of DNA methylation by high-throughput bisulfite sequencing. Nucleic Acids Res. 2011;39:W551–6.