알츠하이머 병 (AD)은 가장 흔한 신경퇴행성 질환으로, 아밀로이드 베타 (Aβ) 플라크 및 neurofibrillary tangles 의 형성 등과 같은 병리학 적 특징을 갖고 있다. 최근 연구에 따르면 Aβ ...
알츠하이머 병 (AD)은 가장 흔한 신경퇴행성 질환으로, 아밀로이드 베타 (Aβ) 플라크 및 neurofibrillary tangles 의 형성 등과 같은 병리학 적 특징을 갖고 있다. 최근 연구에 따르면 Aβ 펩타이드의 과도한 축적은 타우의과 인산화를 증가시켜 neurofibrillary tangles의 형성을 유도 할 수 있음을 입증했다. 질병의 원인은 명확하게 규명되지 않았으나 크게 유전적인 원인(familiar)과 비유전적인 원인(sporadic)으로 구분된다. 이 연구에서 저는 정상, 가족 성 및 산발성 AD 환자들의 말초 혈액으로부터 신선하게 분리된 단핵 세포 (MNCs)을 이용하여 환자유래 pluripotent stem cell (iPSC) 라인을 확립하였다. 그 다음, iPSCs를 뉴런으로 분화시켜 알츠하이머병의 병리학적 특성을 나타내는지 여부를 조사하였다. Presenilin-1 (PS1) -S170F 돌연변이, 아밀로이드 전구체 단백질 (APP) -V715M 돌연변이 또는 산발성 AD를 지닌 환자로부터 생성 된 iPSC 유래 뉴런에서 Aβ의 세포 외 침착이 극적으로 증가한 것을 입증하였다. 또한, 이러한 AD iPSC 유래 뉴런 중 일부는 인산화 된 타우 특히 AT8 (Ser202 / Thr205)에서 높은 발현 수준을 나타냈으며, 이는 뉴런의 soma 및 신경 돌기에서도 검출 되였다. 다음으로 Mito-tracker를 이용하여 iPSC 유래 뉴런에서 mitochondrial dynamics에 대해 조사하였고, AD iPSC 유래 뉴런에서 정상인에 비해 mitochondrial velocity의 감소를 발견하였다. 또한, 저는 AD iPSC 유래 뉴런에서 mitochondria 융합 관련 단백질 인 Mfn1 (막 단백질 mitofusin 1)의 발현감소 와 mitochondria 분열 관련 단백질 DRP1 (다이나민 관련 단백질 1)의 발현증가를 발견하였다. 저는 autophagy 관련 clearance의 결함과 AD iPSC 유래 뉴런의 세포 사멸의 증가 또한 입증하였다. 그리고 Aβ 및 phospho-타우의 발현은 LY-2886721 (BACE1 억제제) 및 도네 페질 (아세틸 콜린 에스테라아제 억제제)의 처리에 의해 극적인 감소를 나타냈다. 저는 PS1-S170F, APP-V715M 및 산발성 AD 환자유래의 iPSC 세포 주를 처음으로 확립하였고, 이러한 세포 주는 알츠하이머병의 병리학적 특성을 아주 잘 반영함으로써 향후 알츠하이머병의 병인 및 약물 스크리닝을 연구하는 데 유용한 자원이 될 것으로 여겨진다.
알츠하이머 병 (AD)은 가장 흔한 신경퇴행성 질환으로, 아밀로이드 베타 (Aβ) 플라크 및 neurofibrillary tangles 의 형성 등과 같은 병리학 적 특징을 갖고 있다. 최근 연구에 따르면 Aβ 펩타이드의 과도한 축적은 타우의과 인산화를 증가시켜 neurofibrillary tangles의 형성을 유도 할 수 있음을 입증했다. 질병의 원인은 명확하게 규명되지 않았으나 크게 유전적인 원인(familiar)과 비유전적인 원인(sporadic)으로 구분된다. 이 연구에서 저는 정상, 가족 성 및 산발성 AD 환자들의 말초 혈액으로부터 신선하게 분리된 단핵 세포 (MNCs)을 이용하여 환자유래 pluripotent stem cell (iPSC) 라인을 확립하였다. 그 다음, iPSCs를 뉴런으로 분화시켜 알츠하이머병의 병리학적 특성을 나타내는지 여부를 조사하였다. Presenilin-1 (PS1) -S170F 돌연변이, 아밀로이드 전구체 단백질 (APP) -V715M 돌연변이 또는 산발성 AD를 지닌 환자로부터 생성 된 iPSC 유래 뉴런에서 Aβ의 세포 외 침착이 극적으로 증가한 것을 입증하였다. 또한, 이러한 AD iPSC 유래 뉴런 중 일부는 인산화 된 타우 특히 AT8 (Ser202 / Thr205)에서 높은 발현 수준을 나타냈으며, 이는 뉴런의 soma 및 신경 돌기에서도 검출 되였다. 다음으로 Mito-tracker를 이용하여 iPSC 유래 뉴런에서 mitochondrial dynamics에 대해 조사하였고, AD iPSC 유래 뉴런에서 정상인에 비해 mitochondrial velocity의 감소를 발견하였다. 또한, 저는 AD iPSC 유래 뉴런에서 mitochondria 융합 관련 단백질 인 Mfn1 (막 단백질 mitofusin 1)의 발현감소 와 mitochondria 분열 관련 단백질 DRP1 (다이나민 관련 단백질 1)의 발현증가를 발견하였다. 저는 autophagy 관련 clearance의 결함과 AD iPSC 유래 뉴런의 세포 사멸의 증가 또한 입증하였다. 그리고 Aβ 및 phospho-타우의 발현은 LY-2886721 (BACE1 억제제) 및 도네 페질 (아세틸 콜린 에스테라아제 억제제)의 처리에 의해 극적인 감소를 나타냈다. 저는 PS1-S170F, APP-V715M 및 산발성 AD 환자유래의 iPSC 세포 주를 처음으로 확립하였고, 이러한 세포 주는 알츠하이머병의 병리학적 특성을 아주 잘 반영함으로써 향후 알츠하이머병의 병인 및 약물 스크리닝을 연구하는 데 유용한 자원이 될 것으로 여겨진다.
Alzheimer’s disease (AD) is the most common neurodegenerative disease which is pathologically characterized by the formation of amyloid-beta (Aβ) plaques and neurofibrillary tangles. Recent studies have demonstrated that excessive accumulation of Aβ peptides can increase hyperphosphorylation of tau,...
Alzheimer’s disease (AD) is the most common neurodegenerative disease which is pathologically characterized by the formation of amyloid-beta (Aβ) plaques and neurofibrillary tangles. Recent studies have demonstrated that excessive accumulation of Aβ peptides can increase hyperphosphorylation of tau, leading to the formation of neurofibrillary tangles. In this study, we have generated several induced pluripotent stem cell (iPSC) lines from familial and sporadic AD patients. Mononuclear cells (MNCs) were isolated freshly from the peripheral blood of the AD patients and a normal subject. Then, iPSCs were differentiated into functional cortical neurons where we compared markers indicative of AD pathogenesis. Extracellular deposition of Aβ levels were dramatically increased in the neurons differentiated from iPSC lines generated from the patients carrying presenilin-1 (PS1)-S170F mutation, amyloid precursor protein (APP)-V715M mutation or sporadic AD. Furthermore, some of these AD iPSC-derived neurons exhibited high expression levels of phosphorylated tau, especially in AT8 (Ser202/Thr205), which are also detected in the soma and neurites by immunocytochemistry. We next investigated the mitochondrial dynamics in AD iPSC-derived neurons, which exhibited abnormal patterns of mitochondria velocity using Mito-tracker. We also found a significant decrease of fusion-related protein Mfn1 (membrane proteins mitofusin 1) and an increase of fission-related protein DRP1 (dynamin-related protein 1) in AD iPSC-derived neurons. We also demonstrated loss of dendritic spines, defects of autophagy-related clearance and increases of cell death in AD iPSC-derived neurons. In addition, levels of Aβ and p-Tau exhibited dramatic reduction by LY-2886721 (BACE1 inhibitor) and Donepezil (acetylcholinesterase inhibitor) treatment. Taken together, we have characterized the pathological features of AD patients carrying mutations for PS1-S170F, APP-V715M and one sporadic AD using iPSC technology for the first time, which will serve as useful resources for studying AD pathogenesis and drug screening in the future.
Alzheimer’s disease (AD) is the most common neurodegenerative disease which is pathologically characterized by the formation of amyloid-beta (Aβ) plaques and neurofibrillary tangles. Recent studies have demonstrated that excessive accumulation of Aβ peptides can increase hyperphosphorylation of tau, leading to the formation of neurofibrillary tangles. In this study, we have generated several induced pluripotent stem cell (iPSC) lines from familial and sporadic AD patients. Mononuclear cells (MNCs) were isolated freshly from the peripheral blood of the AD patients and a normal subject. Then, iPSCs were differentiated into functional cortical neurons where we compared markers indicative of AD pathogenesis. Extracellular deposition of Aβ levels were dramatically increased in the neurons differentiated from iPSC lines generated from the patients carrying presenilin-1 (PS1)-S170F mutation, amyloid precursor protein (APP)-V715M mutation or sporadic AD. Furthermore, some of these AD iPSC-derived neurons exhibited high expression levels of phosphorylated tau, especially in AT8 (Ser202/Thr205), which are also detected in the soma and neurites by immunocytochemistry. We next investigated the mitochondrial dynamics in AD iPSC-derived neurons, which exhibited abnormal patterns of mitochondria velocity using Mito-tracker. We also found a significant decrease of fusion-related protein Mfn1 (membrane proteins mitofusin 1) and an increase of fission-related protein DRP1 (dynamin-related protein 1) in AD iPSC-derived neurons. We also demonstrated loss of dendritic spines, defects of autophagy-related clearance and increases of cell death in AD iPSC-derived neurons. In addition, levels of Aβ and p-Tau exhibited dramatic reduction by LY-2886721 (BACE1 inhibitor) and Donepezil (acetylcholinesterase inhibitor) treatment. Taken together, we have characterized the pathological features of AD patients carrying mutations for PS1-S170F, APP-V715M and one sporadic AD using iPSC technology for the first time, which will serve as useful resources for studying AD pathogenesis and drug screening in the future.
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