Использование пациент-специфичных индуцированных плюрипотентных стволовых клеток для создания модели гипертрофической кардиомиопатии

1 ФИЦ Институт цитологии и генетики СО РАН, 630090 Новосибирск, Россия; электронная почта: dementyeva@bionet.nsc.ru

2 Национальный медицинский исследовательский центр им. акад. Е.Н. Мешалкина Минздрава России, 630055 Новосибирск, Россия

3 Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, 630090 Новосибирск, Россия

4 Новосибирский национальный исследовательский государственный университет, 630090 Новосибирск, Россия

5 ООО «Новые программные системы», 630090 Новосибирск, Россия

6 Московский физико-технический институт, 141701 Долгопрудный Московской обл., Россия

Поступила в редакцию 07.10.2018
После доработки 25.11.2018
Принята к публикации 25.11.2018

DOI: 10.1134/S0320972519030114

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, модели заболеваний человека, гипертрофическая кардиомиопатия, кардиомиоциты.

Аннотация

Получение пациент-специфичных индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК) и их последующая направленная дифференцировка в кардиомиоциты открывают новые возможности для изучения патогенеза наследственных сердечно-сосудистых заболеваний. Одним из таких заболеваний является гипертрофическая кардиомиопатия, для которой до сих пор не разработано эффективных методов терапии. В данной работе подход, основанный на пациент-специфичных ИПСК, был применен для создания модели этого заболевания. Проведен генетический анализ пациента с гипертрофической кардиомиопатией, который выявил мутацию R326Q в гене MYBPC3. Получены и охарактеризованы ИПСК данного пациента. ИПСК пациента и здорового донора были дифференцированы в кардиомиоциты. Пациент-специфичные кардиомиоциты воспроизводили такие признаки гипертрофической кардиомиопатии, как нарушения в динамике потоков ионов кальция и их повышенное внутриклеточное содержание. Таким образом, кардиомиоциты, полученные в результате направленной дифференцировки ИПСК пациента с гипертрофической кардиомиопатией, могут быть использованы в качестве модельной системы для изучения патогенеза данного заболевания.

Текст статьи

Сноски

* Адресат для корреспонденции.

Финансирование

Работа выполнена при поддержке РНФ (проект № 18-75-10039).

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Соблюдение этических норм

Все процедуры, выполненные в исследовании с участием людей, соответствуют этическим стандартам Хельсинкской декларации 1964 года и ее последующим изменениям или сопоставимым нормам этики. От включенного в исследование пациента было получено информированное добровольное согласие.

Список литературы

1. Maron, B.J. (2002) Hypertrophic cardiomyopathy: a systematic review, JAMA, 287, 1308–1320, doi: 10.1001/jama.287.10.1308.

2. Maron, B.J., Maron, M.S., and Semsarian, C. (2012) Genetics of hypertrophic cardiomyopathy after 20 years: clinical perspectives, J. Am. Coll. Cardiol., 60, 705–715, doi: 10.1016/j.jacc.2012.02.068.

3. Houston, B.A., and Stevens, G.R. (2014) Hypertrophic cardiomyopathy: a review, Clin. Med. Insights Cardiol., 8, 53–65, doi: 10.4137/CMC.S15717.

4. Semsarian, C., Ingles, J., Maron, M.S., and Maron, B.J. (2015) New perspectives on the prevalence of hypertrophic cardiomyopathy, J. Am. Coll. Cardiol., 65, 1249–1254, doi: 10.1016/j.jacc.2015.01.019.

5. Yang, Q., Sanbe, A., Osinska, H., Hewett, T.E., Klevitsky, R., and Robbins, J. (1998) A mouse model of myosin binding protein C human familial hypertrophic cardiomyopathy, J. Clin. Invest., 102, 1292–1300, doi: 10.1172/JCI3880.

6. Marian, A.J., Wu, Y., Lim, D.S., McCluggage, M., Youker, K., Yu, Q.T., Brugada, R., DeMayo, F., Quinones, M., and Roberts, R. (1999) A transgenic rabbit model for human hypertrophic cardiomyopathy, J. Clin. Invest., 104, 1683–1692, doi: 10.1172/JCI7956.

7. Semsarian, C., Ahmad, I., Giewat, M., Georgakopoulos, D., Schmitt, J.P., McConnell, B.K., Reiken, S., Mende, U., Marks, A.R., Kass, D.A., Seidman, C.E., and Seidman, J.G. (2002) The L-type calcium channel inhibitor diltiazem prevents cardiomyopathy in a mouse model, J. Clin. Invest., 109, 1013–1020, doi: 10.1172/JCI14677.

8. Salama, G., and London, B. (2007) Mouse models of long QT syndrome, J. Physiol., 578, 43–53, doi: 10.1113/jphysiol.2006.118745.

9. Ross, S.B., Fraser, S.T., and Semsarian, C. (2016) Induced pluripotent stem cells in the inherited cardiomyopathies: from disease mechanisms to novel therapies, Trends Cardiovasc. Med., 26, 663–672, doi: 10.1016/j.tcm.2016.05.001.

10. Takahashi, K., and Yamanaka, S. (2006) Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors, Cell, 126, 663–676, doi: 10.1016/j.cell.2006.07.024.

11. Yu, J., Vodyanik, M.A., Smuga-Otto, K., Antosiewicz-Bourget, J., Frane, J.L., Tian, S., Nie, J., Jonsdottir, G.A., Ruotti, V., Stewart, R., Slukvin, I.I., and Thomson, J.A. (2007) Induced pluripotent stem cell lines derived from human somatic cells, Science, 318, 1917–1920, doi: 10.1126/science.1151526.

12. Lan, F., Lee, A.S., Liang, P., Sanchez-Freire, V., Nguyen, P.K., Wang, L., Han, L., Yen, M., Wang, Y., Sun, N., Abilez, O.J., Hu, S., Ebert, A.D., Navarrete, E.G., Simmons, C.S., Wheeler, M., Pruitt, B., Lewis, R., Yamaguchi, Y., Ashley, E.A., Bers, D.M., Robbins, R.C., Longaker, M.T., and Wu, J.C. (2013) Abnormal calcium handling properties underlie familial hypertrophic cardiomyopathy pathology in patient-specific induced pluripotent stem cells, Cell Stem Cell, 12, 101–113, doi: 10.1016/j.stem.2012.10.010.

13. Han, L., Li, Y., Tchao, J., Kaplan, A.D., Lin, B., Mich-Basso, J., Lis, A., Hassan, N., London, B., Bett, G.C., Tobita, K., Rasmusson, R.L., and Yang, L. (2014) Study familial hypertrophic cardiomyopathy using patient-specific induced pluripotent stem cells, Cardiovasc. Res., 104, 258–269, doi: 10.1093/cvr/cvu205.

14. Tanaka, A., Yuasa, S., Mearini, G., Egashira, T., Seki, T., Kodaira, M., Kusumoto, D., Kuroda, Y., Okata, S., Suzuki, T., Inohara, T., Arimura, T., Makino, S., Kimura, K., Kimura, A., Furukawa, T., Carrier, L., Node, K., and Fukuda, K. (2014) Endothelin-1 induces myofibrillar disarray and contractile vector variability in hypertrophic cardiomyopathy-induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes, J. Am. Heart Assoc., 3, e001263, doi: 10.1161/JAHA.114.001263

15. Medvedev, S.P., Grigor’eva, E.V., Shevchenko, A.I., Malakhova, A.A., Dementyeva, E.V., Shilov, A.A., Pokushalov, E.A., Zaidman, A.M., Aleksandrova, M.A., Plotnikov, E.Y., Sukhikh, G.T., and Zakian, S.M. (2011) Human induced pluripotent stem cells derived from fetal neural stem cells successfully undergo directed differentiation into cartilage, Stem Cells Dev., 20, 1099–1112, doi: 10.1089/scd.2010.0249.

16. Burridge, P.W., Matsa, E., Shukla, P., Lin, Z.C., Churko, J.M., Ebert, A.D., Lan, F., Diecke, S., Huber, B., Mordwinkin, N.M., Plews, J.R., Abilez, O.J., Cui, B., Gold, J.D., and Wu, J.C. (2014) Chemically defined generation of human cardiomyocytes, Nat. Methods, 11, 855–860, doi: 10.1038/nmeth.2999.

17. Lian, X., Zhang, J., Azarin, S.M., Zhu, K., Hazeltine, L.B., Bao, X., Hsiao, C., Kamp, T.J., and Palecek, S.P. (2013) Directed cardiomyocyte differentiation from human pluripotent stem cells by modulating Wnt/β-catenin signaling under fully defined conditions, Nat. Protoc., 8, 162–175, doi: 10.1038/nprot.2012.150.

18. Слотвицкий М.М., Цвелая В.А., Фролова Ш.Р., Дементьева Е.В., Агладзе К.И. (2018) Исследование функциональности получаемых из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток кардиомиоцитов для моделирования сердечных аритмий при синдроме удлиненного интервала QT, Вавиловский журнал генетики и селекции, 22, 187–195, doi: 10.18699/VJ18.346.

19. Okita, K., Yamakawa, T., Matsumura, Y., Sato, Y., Amano, N., Watanabe, A., Goshima, N., and Yamanaka, S. (2013) An efficient nonviral method to generate integration-free human-induced pluripotent stem cells from cord blood and peripheral blood cells, Stem Cells, 31, 458–466, doi: 10.1002/stem.1293.

20. Валетдинова К.Р. (2016) Получение модельной системы спинальной мышечной атрофии на основе индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека. Дис. канд. биол. наук, ИЦиГ, Новосибирск.

21. Pasipoularides, A. (2018) Challenges and controversies in hypertrophic cardiomyopathy: clinical, genomic and basic science perspectives, Rev. Esp. Cardiol. (Engl. Ed.), 71, 132–138, doi: 10.1016/j.rec.2017.07.003.

22. Konno, T., Chang, S., Seidman, J.G., and Seidman, C.E. (2010) Genetics of hypertrophic cardiomyopathy, Curr. Opin. Cardiol., 25, 205–209, doi: 10.1097/HCO.0b013e3283375698.