Sự khác thường trong quá trình phân hóa tế bào gốc thần kinh nhân tạo ở người do sự biểu hiện quá mức TOR1A

Felix Stengel1, Franca Vulinović1, Britta Meier1, Karen Grütz1, Christine Klein1, Philipp Capetian2
1Institute of Neurogenetics, University of Lübeck, Lübeck, Germany
2Department of Neurology, University Hospital Würzburg, Würzburg, Germany

Tóm tắt

Tóm tắt

DYT-TOR1A là dạng dystonia di truyền phổ biến nhất do sự thiếu hụt ba nucleotide (GAG) (dE) trong gen TOR1A. Sự chết sớm sau khi sinh và các bất thường ở vỏ não trong trường hợp knockout hoàn toàn ở động vật gặm nhấm cho thấy tầm quan trọng trong sự phát triển của gen này. Do đó, chúng tôi đã khám phá các tác động theo thời gian của TOR1A-wt và TOR1A-dE trong quá trình phân hóa tại một mô hình thần kinh nhân tạo ở người. Chúng tôi đã sử dụng biểu hiện lentiviral tet-ON của TOR1A-wt và -dE trong các tế bào gốc thần kinh nhân tạo được thu nhận từ những người hiến tặng khỏe mạnh. Việc biểu hiện quá mức được khởi động trong quá trình tăng sinh của các tiền thân thần kinh, trong quá trình phân hóa và sau khi phân hóa thành các nơ-ron trưởng thành. Việc biểu hiện quá mức cả protein hoang dã và protein đột biến không ảnh hưởng đến tính sống sót và số lượng tế bào của các tiền thân thần kinh cũng như các nơ-ron trưởng thành khi khởi đầu trước hoặc sau quá trình phân hóa. Tuy nhiên, nếu được khởi động trong quá trình phân hóa, việc biểu hiện quá mức của TOR1A-wt và -dE đã dẫn đến sự giảm sút rõ rệt số lượng nơ-ron trưởng thành theo cách phụ thuộc vào liều lượng. Dữ liệu của chúng tôi nhấn mạnh tầm quan trọng của nồng độ biểu hiện sinh lý của TOR1A vì điều này là rất cần thiết cho sự phân hóa thần kinh đúng cách. Chúng tôi không tìm thấy bằng chứng cho một ảnh hưởng cụ thể của TOR1A đột biến đối với sự trưởng thành của tế bào thần kinh.

Từ khóa

#Dystonia di truyền #TOR1A #tế bào gốc thần kinh #phân hóa #nơ-ron trưởng thành

Tài liệu tham khảo

Ozelius LJ, Hewett JW, Page CE et al (1997) The early-onset torsion dystonia gene (DYT1) encodes an ATP-binding protein. Nat Genet 17:40–48. https://doi.org/10.1038/ng0997-40

Neuwald AF, Aravind L, Spouge JL, Koonin EV (1999) AAA+: a class of chaperone-like ATPases associated with the assembly, operation, and disassembly of protein complexes. Genome Res 9:27–43. https://doi.org/10.1101/gr.9.1.27

Bragg DC, Camp SM, Kaufman CA et al (2004) Perinuclear biogenesis of mutant torsin-A inclusions in cultured cells infected with tetracycline-regulated herpes simplex virus type 1 amplicon vectors. Neuroscience 125:651–661. https://doi.org/10.1016/j.neuroscience.2004.01.053

Vulinovic F, Lohmann K, Rakovic A et al (2014) Unraveling cellular phenotypes of novel TorsinA/TOR1A mutations. Hum Mutat 35:1114–1122. https://doi.org/10.1002/humu.22604

Dominguez Gonzalez B, Billion K, Rous S et al (2018) Excess LINC complexes impair brain morphogenesis in a mouse model of recessive TOR1A disease. Hum Mol Genet 27:2154–2170. https://doi.org/10.1093/hmg/ddy125

Kariminejad A, Dahl-Halvarsson M, Ravenscroft G et al (2017) TOR1A variants cause a severe arthrogryposis with developmental delay, strabismus and tremor. Brain J Neurol 140:2851–2859. https://doi.org/10.1093/brain/awx230

Capetian P, Azmitia L, Pauly MG et al (2016) Plasmid-based generation of induced neural stem cells from adult human fibroblasts. Front Cell Neurosci. https://doi.org/10.3389/fncel.2016.00245

Goodchild RE, Dauer WT (2004) Mislocalization to the nuclear envelope: an effect of the dystonia-causing torsinA mutation. Proc Natl Acad Sci USA 101:847–852. https://doi.org/10.1073/pnas.0304375101

Kustedjo K, Bracey MH, Cravatt BF (2000) Torsin A and its torsion dystonia-associated mutant form are lumenal glycoproteins that exhibit distinct subcellular localizations. J Biol Chem. https://doi.org/10.1074/jbc.M910025199

Bagchi B, Kumar M, Mani S (2006) CMV promotor activity during ES cell differentiation: potential insight into embryonic stem cell differentiation. Cell Biol Int 30:505–513. https://doi.org/10.1016/j.cellbi.2006.01.008

Gossen M, Freundlieb S, Bender G et al (1995) Transcriptional activation by tetracyclines in mammalian cells. Science 268:1766–1769

Dahlstrand J, Lardelli M, Lendahl U (1995) Nestin mRNA expression correlates with the central nervous system progenitor cell state in many, but not all, regions of developing central nervous system. Brain Res Dev Brain Res 84:109–129. https://doi.org/10.1016/0165-3806(94)00162-s

Sundholm-Peters NL, Yang HKC, Goings GE et al (2005) Subventricular zone neuroblasts emigrate toward cortical lesions. J Neuropathol Exp Neurol 64:1089–1100. https://doi.org/10.1097/01.jnen.0000190066.13312.8f

Harada A, Teng J, Takei Y et al (2002) MAP2 is required for dendrite elongation, PKA anchoring in dendrites, and proper PKA signal transduction. J Cell Biol 158:541–549. https://doi.org/10.1083/jcb.200110134

Grundmann K, Reischmann B, Vanhoutte G et al (2007) Overexpression of human wildtype torsinA and human DeltaGAG torsinA in a transgenic mouse model causes phenotypic abnormalities. Neurobiol Dis 27:190–206. https://doi.org/10.1016/j.nbd.2007.04.015

Kim CE, Perez A, Perkins G et al (2010) A molecular mechanism underlying the neural-specific defect in torsinA mutant mice. Proc Natl Acad Sci 107:9861–9866. https://doi.org/10.1073/pnas.0912877107

Nery FC, Armata IA, Farley JE et al (2011) TorsinA participates in endoplasmic reticulum-associated degradation. Nat Commun. https://doi.org/10.1038/ncomms1383

Torres GE, Sweeney AL, Beaulieu J-M et al (2004) Effect of torsinA on membrane proteins reveals a loss of function and a dominant-negative phenotype of the dystonia-associated ΔE-torsinA mutant. Proc Natl Acad Sci USA 101:15650–15655. https://doi.org/10.1073/pnas.0308088101

Rostasy K, Augood SJ, Hewett JW et al (2003) TorsinA protein and neuropathology in early onset generalized dystonia with GAG deletion. Neurobiol Dis 12:11–24

Walker RH, Brin MF, Sandu D et al (2002) TorsinA immunoreactivity in brains of patients with DYT1 and non-DYT1 dystonia. Neurology 58:120–124

Okita K, Matsumura Y, Sato Y et al (2011) A more efficient method to generate integration-free human iPS cells. Nat Methods 8:409–412. https://doi.org/10.1038/nmeth.1591