Протяженные хромосомные аберрации часто являются причиной задержки психомоторного развития, интеллектуальных нарушений и врожденных пороков развития. Несмотря на высокую частоту мутаций, вовлекающих, как правило, нескольких генов, а также большое разнообразие самих хромосомных аномалий, в настоящее время не существует способов эффективного лечения таких пациентов. Цель - изучение спонтанной хромосомной нестабильности у пациентов с кольцевыми хромосомами в дифференцированных и индуцированных плюрипотентных стволовых клетках (ИПСК). У пациентов с интеллектуальными нарушениями и аномалиями развития в ходе стандартного кариотипирования выявлены кольцевые хромосомы 13 и 22. С использованием микрочипов Agilent 860K в кариотипе пробандов идентифицирован ряд дополнительных хромосомных мутаций. ИПСК получены путем экзогенной экспрессии транскрипционных факторов (KLF4, OCT4, SOX2 и с-MYC человека) из фибробластов кожи. У пациентов идентифицированы терминальные делеции 13q34 и 22q13.32-q13.33, обусловившие образование кольцевых хромосом 13 и 22, соответственно. Методом FISH-анализа подтверждено наличие кольцевых хромосом и установлено, что доля лимфоцитов с моносомией по хромосоме 13 составила 47%, по хромосоме 22 - 8%. На первом пассаже 50% и 24% фибробластов оказались моносомными по хромосомам 13 и 22 соответственно. На 9 пассаже зарегистрировано 56% фибробластов с моносомией по хромосоме 13. Среди лимфоцитов и фибробластов на 9 пассаже 1,8% и 1% клеток соответственно имели нормальный кариотип. К 33 пассажу число фибробластов с моносомией по хромосоме 22 достигло 44% и статистически значимо превысило исходный уровень (р<0,05). Доля ИПСК, моносомных по хромосоме 22, варьировала в пределах 6,3-17% для разных клонов. Наличие моносомных клеток у пациентов с кольцевой хромосомой указывает на хромосомную нестабильность уже in vivo . In vitro наблюдается статистически значимое увеличение числа клеток с моносомией по хромосоме 22. Клетки с нормальным кариотипом могут являться свидетельством процессов коррекции хромосомного дефекта, что лежит в основе начинающей разрабатываться так называемой «хромосомной терапии» генетических заболеваний.
Introduction: Extensive chromosomal aberrations are often associated with psychomotor development delay, intellectual disability, and congenital malformations. Despite the high frequency of mutations and due to the involvement, as a rule, of several genes, as well as the wide variety of chromosomal abnormalities themselves, there are currently no ways to effectively treat such patients. Aim: To study spontaneous chromosomal instability in patients with ring chromosomes in differentiated and induced pluripotent stem cells (iPSC). Materials and methods: In patients with intellectual disability and developmental abnormalities, ring chromosomes 13 and 22 were identified during standard karyotyping. A number of additional chromosomal mutations in their karyotype were identified using Agilent 860K microarrays. FISH analysis confirmed ring chromosomes and found mosaicism for them in lymphocytes, fibroblasts, and iPSCs of the patients. iPSCs were obtained from skin fibroblasts by exogenous expression of transcription factors (KLF4, OCT4, SOX2, and human c-MYC). Results: Terminal 13q34 and 22q13.32-q13.33 deletions were identified in patients, resulting in the formation of ring chromosomes 13 and 22, respectively. FISH analysis confirmed the presence of ring chromosomes and found that 47% and 8% of lymphocytes of the patients had monosomies 13 and 22, respectively. At the first passage 50% and 24% of the fibroblasts were monosomic for chromosomes 13 and 22, respectively. On the 9th passage 56% of fibroblasts demonstrated monosomy 13. Among the lymphocytes and fibroblasts at the 9th passage, 1.8% and 1% of the cells, respectively, had a normal karyotype. By the 33rd passage, the number of fibroblasts with monosomy 22 reached 44% and statistically significantly exceeded the initial level ( P < 0.05). The proportion of iPSC monosomic for chromosome 22 varied between 6.3-17% for different clones. Conclusion: The presence of monosomic cells in patients with a ring chromosome indicates chromosomal instability already in vivo. In vitro a statistically significant increase in the number of cells with monosomy 22 is observed. Cells with normal karyotype can be evidence of chromosomal defect correction processes, which are the basis of the chromosomal therapy of genetic diseases that is beginning to be developed.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.