Genome editing on cell model of the genetic form of Parkinson's disease
- Authors: Vetchinova A.S1, Konovalova E.V1, Volchkov P.Y.2, Abramycheva N.Y.1, Illarioshkin S.N1
-
Affiliations:
- Research Center of Neurology
- Moscow Institute of Physics and Technology
- Issue: Vol 11, No 2 (2016)
- Pages: 114-118
- Section: Articles
- URL: https://genescells.ru/2313-1829/article/view/120603
- DOI: https://doi.org/10.23868/gc120603
- ID: 120603
Cite item
Open Access
Access granted
Abstract
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.
Full Text
About the authors
A. S Vetchinova
Research Center of NeurologyMoscow, Russia
E. V Konovalova
Research Center of NeurologyMoscow, Russia
P. Yu Volchkov
Moscow Institute of Physics and TechnologyDolgoprudny, Russia
N. Yu Abramycheva
Research Center of NeurologyMoscow, Russia
S. N Illarioshkin
Research Center of Neurology
Email: snillario@gmail.com
Moscow, Russia
References
- Thomas 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.
Supplementary files
