Молекулярное картирование афидиколин-чувствительных ломких сайтов хромосом в ИПСК человека выявило нестабильность длинных клинически значимых генов

Введение. Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК) выступают важной моделью для изучения процессов эмбриогенеза и генетических заболеваний. В то же время для ИПСК характерны повышенный уровень стресса репликации и генетическая нестабильность в митозе. В условиях стресса репликации в хромосомном материале происходят разрывы в участках конститутивных ломких сайтов (кЛС), наблюдаемые на метафазных пластинках. Картирование кЛС в ИПСК помогает лучше понять функциональные последствия стресса репликации для полученных из ИПСК производных, а также механизмы соматического мутагенеза (в том числе в эмбриональном периоде). Текущее исследование продолжает работу по картированию кЛС в ИПСК человека в контексте изучения их генетической стабильности и безопасности.
Цель: молекулярное картирование кЛС хромосом в ИПСК методом FISH с зондами, маркирующими границы длинных генов.
Методы. ИПСК человека культивировались бесфидерным методом. Индукцию хроматидных разрывов проводили добавлением в среду афидиколина и кофеина. Зонды FISH, специфичные к границам изучаемых генов, были получены с помощью ПЦР длинных фрагментов и ник-трансляции.
Результаты. Гены-мишени были выбраны на основе их размера внутри границ хромосомных бэндов, в которых наблюдались хроматидные разрывы при обработке ингибиторами репликации. Флуоресцентные сигналы от зондов FISH, специфичных к границам генов ANKS1B, LRP1B, WWOX, NRXN3, LINGO2, PRKN, регистрировались по разные стороны от хроматидного разрыва, что свидетельствовало о локализации кЛС в пределах гена-мишени.
Выводы. Показана репликационная нестабильность в ИПСК для шести клинически значимых генов, которые функционально связаны с онкогенезом и развитием и функционированием нервной ткани. Эти результаты могут прояснить роль стресса репликации при формировании соматического мозаицизма в эмбриогенезе. Также мутации в этих генах могут сказаться на функциональной состоятельности дифференцированных производных ИПСК.

1. Ahuja A.K., Jodkowska K., Teloni F., et al. A short G1 phase imposes constitutive replication stress and fork remodelling in mouse embryonic stem cells. Nature Communications 2016 7:1. 2016; 1(7): 1–11. DOI:10.1038/ncomms10660.

2. Milagre I., Pereira C., Oliveira R.A. Compromised Mitotic Fidelity in Human Pluripotent Stem Cells. International Journal of Molecular Sciences. 2023; 15(24): 11933. DOI:10.3390/IJMS241511933.

3. He Z., Feng W., Wang Y., et al. LRP1B mutation is associated with tumor immune microenvironment and progression-free survival in lung adenocarcinoma treated with immune checkpoint inhibitors. Translational Lung Cancer Research. 2023. 12(3): 510–529. DOI: 10.21037/TLCR-23-39/COIF.

4. Baryła I., Styczeń-Binkowska E., Bednarek A.K. Alteration of WWOX in human cancer, a clinical view. Experimental Biology and Medicine. 2015; 240(3): 305. DOI:10.1177/1535370214561953.

5. Husanie H., Abu-Remaileh M., Maroun K., et al. Loss of tumor suppressor WWOX accelerates pancreatic cancer development through promotion of TGFβ/BMP2 signaling. Cell Death and Disease. 2022; 13(12): 1–14. DOI:10.1038/s41419-022-05519-9.

6. Rouland L., Duplan E., dos Santos L.R., et al. Therapeutic potential of parkin as a tumor suppressor via transcriptional control of cyclins in glioblastoma cell and animal models. Theranostics. 2021; 20(11): 10047. DOI: 10.7150/THNO.57549.

7. Younis R.M., Taylor R.M., Beardsley P.M., McClay J.L. The ANKS1B gene and its associated phenotypes: focus on CNS drug response. Pharmacogenomics. 2019; 20(9):669. DOI:10.2217/PGS-2019-0015.

8. Shan D., Song Y., Zhang Y., et al. Neurexin dysfunction in neurodevelopmental and neuropsychiatric disorders: a PRIMSA-based systematic review through iPSC and animal models. Frontiers in behavioral neuroscience. 2024;18:1297374. doi: 10.3389/fnbeh.2024.1297374.

9. Yoshida F., Nagatomo R., Utsunomiya S., et al. Soluble form of Lingo2, an autism spectrum disorder-associated molecule, functions as an excitatory synapse organizer in neurons. Translational Psychiatry 2024 14(1): 1–12. DOI: 10.1038/s41398-024-03167-5.

10. Menon P.J., Sambin S., Criniere-Boizet B., et al. Genotype–phenotype correlation in PRKN-associated Parkinson’s disease. Npj Parkinson’s Disease 2024 10(1):1–12. DOI:10.1038/s41531-024-00677-3.

11. Al Baradie R., Mir A., Alsaif A., et al. Epilepsy in patients with WWOX-related epileptic encephalopathy (WOREE) syndrome. Epileptic disorders : international epilepsy journal with videotape. 2022. 24(4): 697–712. DOI: 10.1684/EPD.2022.1444.

12. Oliver K.L., Trivisano M., Mandelstam S.A., et al. WWOX developmental and epileptic encephalopathy: Understanding the epileptology and the mortality risk. Epilepsia. 2023; 64(5):1351–1367. DOI:10.1111/EPI.17542.

13. Fan Y., Goh E.L.K., Chan J.K.Y. Neural Cells for Neurodegenerative Diseases in Clinical Trials. Stem Cells Translational Medicine. 2023; 12(8):510–526. DOI: 10.1093/STCLTM/SZAD041.