Kunnen geinduceerde pluripotente stamcellen gebruikt worden om de onderliggende mechanismen van neurodegeneratie te karakteriseren bij Frontotemporale lob degeneratie (FTLD) op basis van progranuline haploinsufficiëntie?

Frontotemporale dementie (FTD) is een neurodegeneratieve aandoening die leidt tot gedragsveranderingen en taalproblemen. In tegenstelling tot andere vormen van dementie komt FTD vaker voor op jongere leeftijd en is de aandoening in belangrijke mate erfelijk, waarbij vooral mutaties in GRN, MAPT of C9orf72 gevonden worden. Heterozygote mutaties in progranuline (GRN) leiden tot een tekort van het eiwit en zijn geassocieerd met een derde van alle erfelijke gevallen van FTD. In het zeldzame geval van homozygote GRN mutaties met volledig verlies van het eiwit, ontstaat een verschillend ziektebeeld, dat van neuronale ceroid lipofuscinose. De studie van het effect van deze mutaties wordt echter bemoeilijkt door het gebrek aan verlies van hersencellen in knaagdier modellen. Geinduceerde pluripotente stamcel (iPSC) technologie biedt nieuwe mogelijkheden om mutatie specifieke modellen te ontwikkelen en zo het effect van verlies aan GRN te onderzoeken.

In dit manuscript beschrijf ik de ontwikkeling van meerdere ziektemodellen door middel van genmodificatie in iPSC, die toelaten het specifieke effect van GRN mutaties te onderzoeken. Naadloos werd de GRNIVS1+5G>C gen mutatie ingebracht in een normale donor iPSC lijn. Verder werden ook iPSC lijnen van patiënten aangepast, zodat ze conditioneel een kopie van het GRN gen tot overproductie brengen. Op die manier wordt het tekort aan GRN op een flexibele manier gecorrigeerd. Functioneel nazicht van stamcellen afkomstig van patiënten met GRNIVS1+5G>C gen mutatie, toonde defecten in het cytoskelet. Analyse van de genexpressie van zenuwcellen afgeleid van stamcellen met een GRNIVS1+5G>C gen mutatie (ontworpen door genmodificatie of afkomstig van patiënten), bevestigde het vermoeden van een cytoskeletaal probleem. Een tekort aan GRN was namelijk verbonden met verminderde expressie van componenten uit de extracellulaire matrix en het cytoskelet. Afwijkende eigenschappen van stamcellen en zenuwcellen met een GRNIVS1+5G>C mutatie (verkregen door genmodificatie of van patiënten) kunnen door deze aanpak ondubbelzinnig verklaard worden door verlies aan GRN.

Een kenmerkende eigenschap van zenuwcellen is daarnaast hun elektrische activiteit. Het nazicht van deze eigenschap met standaard technieken is echter tijdrovend en beperkt in verwerkingscapaciteit. Om de ontwikkeling van zenuwcellen afgeleid van stamcellen te bevorderen, ging ik het effect na van microstructuur op de uitgroei van zenuwcellen en de toepasbaarheid hiervan in Micro-elektrode arrays (MEA). Dit leidde tot de ontwikkeling van een nieuw instrument, inzetbaar in het onderzoek van neurodegeneratieve aandoeningen.