Влияние геномного редактирования клеток на результаты нейротрансплантации при экспериментальном паркинсонизме

Цель исследования — на экспериментальной модели паркинсонизма у крыс оценить влияние процедуры геномного редактирования на эффективность трансплантации в стриатум нейрональных предшественников, полученных от пациента с генетической формой болезни Паркинсона.

Материалы и методы. Паркинсонический синдром моделировали у крыс линии Wistar (n=24) путем одностороннего введения в черную субстанцию мозга селективного нейротоксина 6-гидроксидофамина, избирательно повреждающего дофаминергические нейроны. Нейрональные предшественники дифференцировали из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, полученных от пациента с PARK8-формой болезни Паркинсона — носителя мутации G2019S в гене LRRK2. В двух сериях эксперимента для нейротрансплантации использовали как клетки с исходной мутацией, так и изогенные «нормализованные» клетки, подвергнутые геномному редактированию с применением искусственной эндонуклеазной системы CRISP/Cas9. Трансплантация нейрональных предшественников проводилаcь в стриатум крыс унилатерально на стороне повреждения. Изучение изменений поведения экспериментальных животных выполняли с помощью теста «Открытое поле» и теста условных реакций пассивного избегания (УРПИ). Полученные данные обрабатывали в программе Statistica 7.0, используя однофакторный дисперсионный анализ (ANOVA).

Результаты. Введение нейрональных предшественников в стриатум крыс приводило к постепенному восстановлению двигательной активности экспериментальных животных в обеих группах — с трансплантированными мутантными и «нормализованными» клетками. В тесте УРПИ животные с трансплантированными мутантными клетками продемонстрировали нарушенное воспроизведение условных реакций, тогда как у крыс, получивших трансплантацию «нормализованных» клеток, воспроизведение УРПИ оказалось сходным с таковым в норме. Различия между группами в величине латентного периода перехода животных в темный отсек были статистически высокодостоверными.

Заключение. Проведенное исследование подтверждает возможность коррекции нарушений моторики и когнитивных функций при экспериментальном паркинсонизме за счет репопуляции дофаминергических нейронов, источником которых могут быть индуцированные плюрипотентные стволовые клетки из соматических клеток (фибробластов). Геномное редактирование трансплантируемых клеток с исправлением каузальной мутации существенно улучшает результаты операции, что позволяет считать такой подход перспективным у пациентов с генетически обусловленными формами болезни Паркинсона.

1. Иллариошкин С.Н. Современные представления об этиологии болезни Паркинсона. Неврологический журнал 2015; 20(4): 4–13.
2. Экстрапирамидные расстройства. Под ред. Што­ка В.Н., Ивановой-Смоленской И.А., Левина О.С. М: МЕД­пресс-информ; 2002.
3. Wirdefeldt K., Adami H.-O., Cole P., Trichopoulos D., Mandel J. Epidemiology and etiology of Parkinson’s disease: a review of the evidence. Eur J Epidemiol 2011; 26(S1): 1–58, https://doi.org/10.1007/s10654-011-9581-6.
4. Airavaara M., Voutilainen M.H., Wang Y., Hoffer B. Neurorestoration. Parkinsonism Relat Disord 2012; 18: S143–S146, https://doi.org/10.1016/s1353-8020(11)70045-1.
5. Korecka J.A., Verhaagen J., Hol E.M. Cell-replacement and gene-therapy strategies for Parkinson’s and Alzheimer’s disease. Regen Med 2007; 2(4): 425–446, https://doi.org/10.2217/17460751. 2.4.425
6. Langston J.W. The promise of stem cells in Parkinson disease. J Clin Invest 2005; 115(1): 23–25, https://doi.org/10.1172/jci24012.
7. Lindvall O. Developing dopaminergic cell therapy for Parkinson’s disease — give up or move forward? Mov Disord 2013; 28(3): 268–273, https://doi.org/10.1002/mds.25378.
8. Lindvall O., Kokaia Z., Martinez-Serrano A. Stem cell therapy for human neurodegenerative disorders — how to make it work. Nat Med 2004; 10(7): S42–S50, https://doi.org/10.1038/nm1064.
9. Лебедева О.С., Лагарькова М.А., Иллариошкин С.Н., Хаспеков Л.Г., Гривенников И.А. Индуцированные плюри­по­тентные стволовые клетки: новые возможности в нейро­­биологии и нейротрансплантологии. Анналы кли­ни­ческой и экспериментальной неврологии 2011; 5(4): 37–45.
10. Gao A., Peng Y., Deng Y., Qing H. Potential therapeutic applications of differentiated induced pluripotent stem cells (iPSCs) in the treatment of neurodegenerative diseases. Neuroscience 2013; 228: 47–59, https://doi.org/10.1016/j.neuroscience.2012.09.076.
11. Hwang D.Y., Kim D.S., Kim D.W. Human ES and iPS cells as cell sources for the treatment of Parkinson’s disease: current state and problems. J Cell Biochem 2010; 109(2): 292–301, https://doi.org/10.1002/jcb.22411.
12. Nishimura K., Takahashi J. Therapeutic application of stem cell technology toward the treatment of Parkinson’s disease. Biol Pharm Bull 2013; 36(2): 171–175, https://doi.org/10.1248/bpb.b12-00929.
13. Takahashi K., Tanabe K., Ohnuki M., Narita M., Ichisaka T., Tomoda K., Yamanaka S. Induction of pluripotent stem cells from adult human fibroblasts by defined factors. Cell 2007; 131(5): 861–872, https://doi.org/10.1016/j.cell.2007.11.019.
14. Лебедева О.С., Лагарькова М.А., Киселев С.Л., Му­хина И.В., Ведунова М.В., Усова О.В., Ставровская А.В., Ямщикова Н.Г., Федотова Е.Ю., Гривенников И.А., Хаспеков Л.Г., Иллариошкин С.Н. Морфофункциональные свойства индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, полученных из фибробластов кожи человека и дифференцированных в дофаминергические нейроны. Нейрохимия 2013; 30(3): 233–241, https://doi.org/10.7868/s1027813313030084.
15. Ставровская А.В., Воронков Д.Н., Ямщикова Н.Г., Ольшанский А.С., Худоерков Р.М., Хаспеков Л.Г., Илла­риош­кин С.Н. Морфохимическая оценка результатов нейротрансплантации при экспериментальном паркинсо­низме. Анналы клинической и экспериментальной неврологии 2015; 9(2): 28–32.
16. Paxinos G., Watson C. The rat brain in stereotaxic coordinates. Academic Press; 1998.
17. Vetchinova A.S., Novosadova E.V., Abramycheva N.Yu., Grivennikov I.A., Illarioshkin S.N. PARK8 form of Parkinson’s disease: induced pluripotent stem cells-based model and genome editing of LRRK2 mutation. Асимметрия 2016; 10(4): 90–96.
18. Мирошниченко Е.В., Ставровская А.В., Шуга­лев Н.П., Ленард Л., Хартманн Г. Изменения эмоцио­наль­ного состо­я­ния крыс при воспроизведении реакций пассивного из­бегания после введения нейротензина в прилежащее ядро мозга. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова 2010; 60(6): 704–711.
19. Шугалев Н.П., Ставровская А.В., Ямщикова Н.Г., Ольшанский А.С., Каширина Э.А. Влияние нейротензина на последействие болевого стресса у крыс с нейро­токсическим повреждением серотонинергических структур черной субстанции мозга. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова 2013; 63(3): 384–394, https://doi.org/10.7868/s004446771303012x.
20. Шугалев Н.П., Ставровская А.В., Ямщикова Н.Г., Ольшанский А.С., Мирошниченко Е.В. Воспроизведение реакций пассивного избегания после введения нейро­тензина в прилежащее ядро мозга у крыс на фоне действия резерпина. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова 2012; 62(3): 357–363.
21. Stein M.B., Heuser I.J., Juncos J.L., Uhde T.W. Anxiety disorders in patients with Parkinson’s disease. Am J Psychiatry 1990; 147(2): 217–220, https://doi.org/10.1176/ajp.147.2.217.
22. Uc E.Y., Tippin J., Chou K.L., Erickson B.A., Doerschug K.C., Jimmeh Fletcher D.M. Non-motor symptoms in Parkinson’s disease. European Neurological Review 2012; 7(1): 35–40, https://doi.org/10.17925/enr.2012.07.01.35.
23. Вендрова М.И., Голубев В.Л., Садеков Р.А., Вейн А.М. Двигательные, когнитивные и аффективные рас­стройства при болезни Паркинсона. Журнал неврологии и психиатрии им. C.C. Корсакова 2002; 102(3): 13–17, https://doi.org/10.1016/s1474-4422(06)70373-8.
24. Chaudhuri K.R., Healy D.G., Schapira A.H. Non-motor symptoms of Parkinson’s disease: diagnosis and management. Lancet Neurol 2006; 5(3): 235–245, https://doi.org/10.1016/s1474-4422(06)70373-8 .
    
25. Яхно Н.Н. Когнитивные расстройства в невроло­гической клинике. Неврологический журнал 2006; 11(S1): 4–12.
26. Alves C.S., Andreatini R., da Cunha C., Tufik S., Vital M.A.B. Phosphatidylserine reverses reserpine-induced amnesia. Eur J Pharmacol 2000; 404(1–2): 161–167, https://doi.org/10.1016/s0014-2999(00)00607-5.
27. Дубровина Н.И., Попова Е.В., Ильюченок Р.Ю. Ком­­пен­­саторно-восстановительные эффекты квинпирола при угашении условного навыка и амнезии у мы­шей с альтернативными стереотипами поведения. Экс­пе­­­ри­ментальная и клиническая фармакология 2001; 64(3): 13–16.
28. Molodtsova G.F. Metabolism and receptor binding of serotonin in brain structures during performance of a conditioned passive avoidance response. Neurosci Behav Physiol 2005; 35(7): 685–692, https://doi.org/10.1007/s11055-005-0111-4.
29. Goldman-Rakic P.S. The cortical dopamine system: role in memory and cognition. Adv Pharmacol 1997; 42: 707–711, https://doi.org/10.1016/s1054-3589(08)60846-7.
30. Cabib S., Puglisi-Allegra S. Opposite responses of mesolimbic dopamine system to controllable and uncontrollable aversive experiences. J Neurosci 1994; 14(5 Pt 2): 3333–3340.

Stavrovskaya A.V., Novosadova E.V., Olshansky A.S., Yamshchikova N.G., Gushchina A.S., Arsenyeva E.L., Grivennikov I.A., Illarioshkin S.N. Effect of Cell Genome Editing on the Outcome of Neurotransplantation in Experimental Parkinsonism. Sovremennye tehnologii v medicine 2017; 9(4): 7, https://doi.org/10.17691/stm2017.9.4.01