Genes & CellsGenes & CellsГены и КлеткиGenes and Cells2313-18292500-2562Human Stem Cells Institute12060310.23868/gc120603ArticlesСтатьиResearch ArticleGenome editing on cell model of the genetic form of Parkinson's diseaseРЕДАКТИРОВАНИЕ ГЕНОМА НА КЛЕТОЧНОЙ МОДЕЛИ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ФОРМЫ БОЛЕЗНИ ПАРКИНСОНАVetchinovaA. SВетчиноваА. СKonovalovaE. VКоноваловаЕ. ВVolchkovP. YuВолчковП. ЮAbramychevaN. YuАбрамычеваН. ЮIllarioshkinS. NИллариошкинС. Нsnillario@gmail.comResearch Center of NeurologyНаучный центр неврологииMoscow Institute of Physics and TechnologyМосковский физико-технический институт15062016112VOL 11, NO2 (2016)ТОМ 11, №2 (2016)11411805012023Copyright ©; 2016, Eco-VectorCopyright ©; 2016, Эко-Вектор2016Eco-VectorЭко-Векторhttps://genescells.ru/2313-1829/article/view/120603

New technological approaches for modeling of neurodegenerative disorders play growing role in modern neurobiology. One of such technologies is targeted genome editing with the use of artificial nuclease systems (CRISPR/ Cas9, etc.), that allow to correct genetic defects on the cellular level. Especially promising is the use of genome editing technology on specialized neurons and induced pluripotent stem cells obtained by cell reprogramming from patients with hereditary forms of neurodegenerative diseases. Using CRISPR/Cas9 system we performed editing of genome of induced pluripotent stem cells obtained from fibroblasts of a patient with autosomal recessive form of Parkinson's disease carrying compound heterozygous mutations in the PARK2 gene. Genome editing allowed to restore normal nucleotide sequence in both alleles of the PARK2 gene, correcting exonic (del202-203AG) and intronic (IVS1+1G/A) mutations. Possibility of genome editing and further obtaining of normal dopaminergic neurons from induced pluripotent stem cells is important both for studies of molecular mechanisms of neurodegenerative disorders and for successful development of cell therapy methods for Parkinson's disease.

В современной нейробиологии все большую роль играют новые высокотехнологичные подходы к моделированию нейродегенеративных заболеваний человека. Среди них - направленное геномное редактирование с помощью искусственных нуклеазных систем (CRISPR/Cas9 и др.), позволяющее осуществлять коррекцию генетических дефектов на уровне клеток. Особенно перспективным представляется применение технологии геномного редактирования специализированных нейронов и индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, получаемых от больных с наследственными формами нейродегенеративных заболеваний в результате клеточного репрограммирования. Нами с помощью системы CRISPR/Cas9 проведено редактирование генома индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, полученных из фибробластов пациента с аутосомно-рецессивной формой болезни Паркинсона - носителя компаунд-гетерозиготных мутаций в гене PARK2. В результате геномного редактирования удалось восстановить нормальную нуклеотидную последовательность в обеих аллелях гена PARK2, исправив экзонную (del202-203AG) и интронную (IVS1+1G/A) мутации. Возможность коррекции генома и последующего получения из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток нормальных дофаминергических нейронов имеет большое значение как для изучения молекулярных основ нейродегенеративной патологии, так и для успешного развития методов клеточной терапии при болезни Паркинсона.

CRISPR/Cas9Parkinson's diseasePARK2 geneinduced pluripotent stem cellsgenome editingCRISPR/Cas9болезнь Паркинсонаген PARK2индуцированные плюрипотентные стволовые клеткиредактирование геномаThomas B., Beal M.F. Parkinson's disease. Hum. Mol. Genet. 2007; 16: R183-94.Bonifati V. Genetics of Parkinson's disease - state of the art. Parkinsonism Relat. Disord. 2014; 20 Suppl 1: S23-8.Lin M.K., Farrer M.J. Genetics and genomics of Parkinson's disease. Genome Med. 2014; 6: 48.Kitada T., Asakawa S., Hattori N. et al. Mutations in the parkin gene cause autosomal recessive juvenile parkinsonism. Nature 1998; 392: 605-8.Vogel G. Stem cells. Diseases in a dish take off. Science 2010; 330: 1172-3.Takahashi K., Okita K., Nakagawa M. et al. Induction of pluripotent stem cells from fibroblast cultures. Nat. Protoc. 2007; 2: 3081-9.Богомазова А.Н., Васина Е.М., Киселев С.Л. и др. Генетическое репрограммирование клеток: новая технология для фундаментальных исследований и практического использования. Генетика 2015; 4: 466-78.Некрасов Е.Д., Лебедева О.С., Честков И.В. и др. Получение и характеристика индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека из фибробластов кожи пациентов с нейродегенеративными заболеваниями. Клеточная трансплантология и тканевая инженерия 2011; YIt4): 82-8.Hunsberger J.G., Efthymiou A.G., Malik N. et al. Induced pluripotent stem cell models to enable in vitro models for screening in the CNS. Stem Cells Devel. 2015; 24: 1852-64.Hargus G., Ehrlich M., Hallmann A.L. et al. Human stem cell models of neurodegeneration: a novel approach to study mechanisms of disease development. Acta Neuropathol. 2014; 127: 151-73.Лебедева О.С., Лагарькова М.А., Киселев С.Л. и др. Морфофункциональные свойства индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, полученных из фибробластов кожи человека и дифференцированных в дофаминергические нейроны. Нейрохимия 2013; 3: 233-41.Коновалова Е.В., Новосадова Е.В., Гривенников И.А. и др. Фенотипические различия культур нейронов, получаемых путем репрограммирования фибробластов пациентов с мутациями в генах паркинсонизма LRRK2 и PARK2. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины 2015; 6: 749-53.Коновалова Е.В., Лопачева О.М., Гривенников И.А. и др. Экспрессия про- и антиапоптопических факторов в ИПСК здорового донора и пациента с болезнью Паркинсона, являющегося носителем мутаций в гене PARK2. Acta Naturae 2015; 4: 83-6.Коновалова Е.В., Ивашкин Е.Г., Лопачёв А.В. и др. Функциональные свойства дофаминергических нейронов, полученных из фибробластов пациента с PARK2-формой болезни Паркинсона. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова 2015; 12: 103-7.Ставровская А.В., Воронков Д.Н., Ямщикова Н.Г. и др. Морфохимическая оценка результатов нейротрансплантации при экспериментальном паркинсонизме. Анналы клинической и экспериментальной неврологии 2015; 2: 28-32.Медведев С.П., Шевченко А.И., Сухих Г.Т. и др. Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки. Новосибирск: Изд-во Сибирского отделения РАН; 2014.Gaj T., Gersbach C., Barbas C. ZNF, TALEN and CRISPR/CASbased methods for genome engineering. Trends Biotechnol. 2013; 31: 397-405.Urnov F.D., Rebar E.J., Holmes M.C. et al. Genome editing with engineered zinc finger nucleases. Nat. Rev. Genet. 2010; 9: 636-46.Schmid-Burgk J.L., Schmidt T., Kaiser V. et al. A ligation-independent cloning technique for high-throughput assembly of transcription activator-like effector genes. Nat. Biotechnol. 2013; 31: 76-81.Mali P., Yang L., Esvelt K.M. et al. RNA-guided human genome engineering via Cas9. Science 2012; 339: 823-6.Немудрый А.А., Валетдинова К.Р., Медведев С.П. и др. Системы редактирования генома TALEN и CRISPR/Cas-инструменты открытий. Acta Naturae 2014; 23: 20-42.Васильева Е.А., Мелино Д., Барлев Н.А. Применение системы направленного геномного редактирования CRISPR/Cas к плюрипотентным стволовым клеткам. Цитология 2015; 1: 19-30.Cong L., Ran F.A., Cox D. et al. Multiplex genome engineering using CRISPR/Cas systems. Science 2013; 339 (6121): 819-23.