Human-Induced Neurons from Presenilin 1 Mutant Patients Model Aspects of Alzheimer's Disease Pathology

doi:10.3390/ijms21031030

.2020年2月4日；21(3):1030.

doi:10.3390/ijms21031030。

早老素1突变患者的人诱导神经元在阿尔茨海默病病理学方面的模型研究

附属公司

¹美国伊利诺伊州北芝加哥罗莎琳德·富兰克林医科大学神经退行性疾病与治疗中心，邮编：60064。
²美国伊利诺伊州北芝加哥罗莎琳德·富兰克林医科大学研究生和博士后研究院，邮编60064。
^三美国伊利诺伊州芝加哥市绿湾北路3333号罗莎琳德·富兰克林医科大学芝加哥医学院，邮编：60064。
⁴莱克森林学院，莱克森林，伊利诺伊州60045，美国。
⁵以色列Rehovot 76100，Weizmann科学研究所，生命科学核心设施。

PMID： 32033164
预防性维修识别码：第7037274页
DOI（操作界面）： 10.3390/ijms21031030

早老素1突变患者的人诱导神经元在阿尔茨海默病病理学方面的模型研究

肖恩·施兰克等。国际分子科学杂志. 2020.

.2020年2月4日；21(3):1030.

doi:10.3390/ijms21031030。

附属公司

¹美国伊利诺伊州北芝加哥罗莎琳德·富兰克林医科大学神经退行性疾病与治疗中心，邮编：60064。
²美国伊利诺伊州北芝加哥罗莎琳德·富兰克林医科大学研究生和博士后研究院，邮编60064。
^三美国伊利诺伊州芝加哥市绿湾北路3333号罗莎琳德·富兰克林医科大学芝加哥医学院，邮编：60064。
⁴莱克森林学院，莱克森林，伊利诺伊州60045，美国。
⁵以色列雷霍沃特76100生命科学核心设施魏茨曼科学研究所。

PMID： 32033164
预防性维修识别码：项目管理委员会7037274
DOI（操作界面）： 10.3390/ijms21031030

摘要

使用小鼠模型和细胞系研究阿尔茨海默病（AD）的传统方法提高了我们对AD发病机制的理解。然而，随着模型系统和临床治疗结果之间的差距越来越大，这些方法的局限性越来越明显。因此，为了生成更具临床相关性的系统来捕获人类神经元内的病理级联，我们从AD和非AD个体中生成了人类诱导神经元（HiN），以模拟细胞自主疾病特性。我们选择了表达早老蛋白1（mPS1）突变的AD患者群体，该突变与淀粉样蛋白生成增加、tau病理学和钙信号异常等特征有关。虽然这些AD成分在模型系统中有详细描述，但它们尚未在人类神经元中进行集体识别。因此，我们进行了分子、免疫、电生理和钙成像研究，以确定该患者群体的细胞病理模式。我们发现mPS1 HiNs产生增加的Aβ₄₂与非AD对照组相比，过度磷酸化的τ物种，以及用ryanodine受体（RyR）负变构调节剂标准化的过度内质网钙反应。炎症小体产物白细胞介素18（IL-18）也增加了PS1的表达。这项工作强调了HiNs模拟AD病理学的潜力，并验证了其在定义细胞发病机制中的作用及其在治疗筛查中的实用性。

关键词：阿尔茨海默病；IL-18；淀粉样蛋白；钙；成纤维细胞；人；iPSC；ryanodine受体；陶。

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利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

数字

图1
人诱导神经元（HiNs）表现出尖峰活动、成熟Na+电流和自发突触活动。(A类)左侧，代表性IR-DIC图像，使用空气10倍物镜的成熟HiNs，全细胞膜片钳记录。右侧，使用40倍水浸物镜的双光子荧光显微镜对充满Fura-2的神经元成像。(B类)使用全细胞膜片钳电生理学评估对去极化电流注入的电压门控尖峰活性。(C类)使用全细胞膜片钳电生理学评估去极化电流注入引起的钠离子电流。(D类)AMPA受体拮抗剂CNQX可逆地阻断阿尔茨海默病（AD）和非AD HiN的自发谷氨酸能兴奋性突触后电流（EPSCs）。

图2
AD HiN中高磷酸化tau水平增加。通过免疫细胞化学法检测固定HiN培养物中磷酸化的tau（Ser202，Thr 205）。AD HiN的代表性培养物显示出稳健染色(A类,B类,C类)，而来自非AD患者的HiNs显示出最小的标记(D类)使用20倍空气物镜，通过宽场荧光显微镜进行测量。(E类)定量平均荧光强度，比较非AD对照的ROI平均数据（黑条，n个=16）和AD HiN（灰色条，n个= 16). * =第页<0.01。

图3
丹曲林治疗可降低Aβ₄₂生产。在完全更换培养基后，用10µM丹曲烯或载体对成熟的HiN进行过夜处理。收集上清液并用特异性ELISA检测。AD HiN(n个=7口井）产生显著更多的Aβ₄₂比WT HiN(n个=8口井）。此外，10µM丹曲烯处理显著降低了Aβ₄₂生产到非AD控制水平(n个=4口井）*=第页< 0.05.

图4
Ryanodine受体（RyR）诱发的钙释放在AD HiNs中更大，并通过丹特罗林进行标准化。(A类——C类)使用比率指示剂Fura-2AM测量RyR诱发的钙释放（通过浴敷10 mM咖啡因），该指示剂来自非AD HiNs（顶部）、AD HiNs（中部）和使用RyR阴性变构调节剂丹曲烯（10µM；底部）处理的AD HiNs。测量内质网（ER）钙释放，作为340/380比值在基线上的峰值变化。非AD对照、AD和AD+丹曲林治疗的HiN的代表性痕迹显示在右侧的A–C中。(D类)非AD、AD和AD+丹曲林治疗的HiN的平均RyR峰值诱发钙反应*#第页< 0.05.

图5
IL-18改变HiNs中PS1基因的表达。用150 ng/mL的IL-18刺激四株HiN株系（非AD对照和AD）6小时，然后对提取的RNA进行基于SYBR的qRT-PCR。结果表明，在IL-18孵育过程中，PS1信息上调。PS1表达与微管蛋白相关。（未经处理n个=12，IL-18治疗n个= 12.n个=1qRT-PCR复制）*=第页< 0.05.

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1. 老年痴呆症协会老年痴呆症事实和数字报告|老年痴呆症学会。[（2019年5月7日访问）]；在线可用：https://www.alz.org/alzheimers-dementia/facts-figures网站.
1. Goate A.、Chartier-Harlin M.C.、Mullan M.、Brown J.、Crawford F.、Fidani L.、Giuffra L.、Haynes A.、Irving N.、James L.等，《家族性阿尔茨海默病淀粉样前体蛋白基因错义突变的分离》。自然。1991;349:704–706. doi:10.1038/349704a0。-内政部-公共医学
1. Hutton M.、Busfield F.、Wragg M.、Crook R.、Perez-Tur J.、Clark R.F.、Prihar G.、Talbot C.、Phillips H.、Wright K.等人。早发性阿尔茨海默病中早老蛋白1基因的完整分析。神经报告。1996;7:801–805. doi:10.1097/00001756-199602290-00029。-内政部-公共医学
1. Tanzi R.E.、Gusella J.F.、Watkins P.C.、Bruns G.A.P.、St.George-Hyslop P.、Van Keuren M.L.、Patterson D.、Pagan S.、Kurnit D.M.、Neve R.L.淀粉样β蛋白基因：CDNA、MRNA分布和阿尔茨海默病位点附近的遗传连锁。科学。1987;235:880–884. doi:10.1126/science.2949367。-内政部-公共医学
1. Lanoiselée H.M.、Nicolas G.、Wallon D.、Rovelet-Lecrux A.、Lacour M.、Rousseau S.、Richard A.C.、Pasquier F.、Rollin-Sillaire A.、Martinaud O.等。早发性阿尔茨海默病的APP、PSEN1和PSEN2突变：家族性和零星性病例的基因筛查研究。《公共科学图书馆·医学》2017；14:e1002270。doi:10.1371/journal.pmed.1002270。-内政部-项目管理咨询公司-公共医学

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[1] 老年痴呆症协会老年痴呆症事实和数字报告|老年痴呆症学会。[（2019年5月7日访问）]；在线可用：https://www.alz.org/alzheimers-dementia/facts-figures网站.

[2] 老年痴呆症协会老年痴呆症事实和数字报告|老年痴呆症学会。[（2019年5月7日访问）]；在线可用：https://www.alz.org/alzheimers-dementia/facts-figures网站.

[3] Goate A.、Chartier-Harlin M.C.、Mullan M.、Brown J.、Crawford F.、Fidani L.、Giuffra L.、Haynes A.、Irving N.、James L.等，《家族性阿尔茨海默病淀粉样前体蛋白基因错义突变的分离》。自然。1991;349:704–706. doi:10.1038/349704a0。-内政部-公共医学

[4] Goate A.、Chartier-Harlin M.C.、Mullan M.、Brown J.、Crawford F.、Fidani L.、Giuffra L.、Haynes A.、Irving N.、James L.等，《家族性阿尔茨海默病淀粉样前体蛋白基因错义突变的分离》。自然。1991;349:704–706. doi:10.1038/349704a0。-内政部-公共医学

[5] Hutton M.、Busfield F.、Wragg M.、Crook R.、Perez-Tur J.、Clark R.F.、Prihar G.、Talbot C.、Phillips H.、Wright K.等人。早发性阿尔茨海默病中早老蛋白1基因的完整分析。神经报告。1996;7:801–805. doi:10.1097/00001756-199602290-00029。-内政部-公共医学

[6] Hutton M.、Busfield F.、Wragg M.、Crook R.、Perez-Tur J.、Clark R.F.、Prihar G.、Talbot C.、Phillips H.、Wright K.等人。早发性阿尔茨海默病中早老蛋白1基因的完整分析。神经报告。1996;7:801–805. doi:10.1097/00001756-199602290-00029。-内政部-公共医学

[7] Tanzi R.E.、Gusella J.F.、Watkins P.C.、Bruns G.A.P.、St.George-Hyslop P.、Van Keuren M.L.、Patterson D.、Pagan S.、Kurnit D.M.、Neve R.L.淀粉样β蛋白基因：CDNA、MRNA分布和阿尔茨海默病位点附近的遗传连锁。科学。1987;235:880–884. doi:10.1126/science.2949367。-内政部-公共医学

[8] Tanzi R.E.、Gusella J.F.、Watkins P.C.、Bruns G.A.P.、St.George-Hyslop P.、Van Keuren M.L.、Patterson D.、Pagan S.、Kurnit D.M.、Neve R.L.淀粉样β蛋白基因：CDNA、MRNA分布和阿尔茨海默病位点附近的遗传连锁。科学。1987;235:880–884. doi:10.1126/science.2949367。-内政部-公共医学

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