Analysis of differentiation efficiency of induced pluripotent stem cells derived from phenylketonuria patients into dopaminergic neurons

Wrodzone wady metaboliczne to duża grupa chorób genetycznych. Jedną z takich chorób jest fenyloketonuria – autosomalna, recesywna enzymopatia charakteryzująca się zaburzeniem metabolizmu fenyloalaniny- jednego z podstawowych aminokwasów białkowych. Fenyloketonuria jest zaburzeniem bardzo heterogennym tzn. wiele mutacji w obrębie genu PAH, kodującego hydroksylazę fenyloalaninową, wywołuje to samo zaburzenie. Pacjenci cierpiący na to schorzenie często są obarczeni dodatkowymi przypadłościami jak np. tendencja do otyłości pomimo prawidłowej diety czy zwiększone stężenie fenyloalaniny w mózgu. Odpowiedzialny za to może być wariant rs113883650 genu SLC7A5 kodującego białko LAT1 będące transporterem dużych, neutralnych aminokwasów o dużym powinowactwie do fenyloalaniny. Aby w pełni zrozumieć wpływ obecności wariantu rs113883650 u pacjentów z fenyloketonurią potrzebne są indywidualne modele badawcze. Tę potrzebę mogą spełnić modele oparte o indukowalne pluripotentne komórki macierzyste (iPS, ang. Induced pluripotent stem cells).Praca ma charakter badań podstawowych. Ludzkie iPS (hiPS, ang. human induced pluripotent stem cells.) pochodzące od trzynastu pacjentów cierpiących na fenyloketonurię, scharakteryzowano pod względem ekspresji czynników pluripotencji OCT4, SOX2, NANOG, transportera aminokwasów LAT1 oraz hydroksylazy fenyloalaninowej PAH. W dalszym etapie sprawdzano wydajność różnicowania hiPS pochodzących od pacjentów z fenylokentonurią z obecnością lub brakiem wariantu rs113883650 genu SLC7A5, do neuronów dopaminergicznych. W badaniach wykorzystano również linię kontrolną Gibco- hiPS nie będącą obciążaną mutacją w genie PAH ani wariantem rs113883650.Uzyskane wyniki sugerują, że hiPS pochodzące od pacjentów cierpiących na fenyloketonurię, którzy dodatkowo posiadają wariant rs113883650 genu SLC7A5, różnicują gorzej do neuronów dopaminergicznych. Jednak aby postawić jednoznaczne wnioski niezbędne są dalsze badania na większej grupie pacjentów.

Inborn metabolic disorders are a large group of genetic diseases. One of such diseases is phenylketonuria (PKU) - an autosomal recessive enzymopathy characterized by a disturbance in the metabolism of phenylalanine, one of the basic amino acids. PKU is a highly heterogeneous disorder, meaning that many mutations within the gene encoding phenylalanine hydroxylase (PAH) can cause the same phenotype. Patients suffering from PKU are often burdened with additional conditions such as a tendency towards obesity, despite a proper diet, or increased phenylalanine concentration in the brain. This may be due to the rs113883650 variant of the SLC7A5 gene, which encodes the LAT1 protein, a transporter for large, neutral amino acids with high affinity for phenylalanine. To fully understand the impact of the rs113883650 variant in patients with PKU, individual research models are needed. This need can be fulfilled by models based on induced pluripotent stem cells (iPSCs).The study presented here is of a basic research nature. Human iPSCs derived from thirteen PKU patients were characterized in terms of the expression of pluripotency factors OCT4, SOX2, NANOG, the amino acid transporter LAT1 and phenylalanine hydroxylase PAH. In the subsequent stage, the differentiation efficiency of iPSCs derived from PKU patients with or without the presence of the rs113883650 variant of the SLC7A5 gene into dopaminergic neurons was evaluated. The Gibco-hiPS cell line, not burdened with mutations in the PAH gene or the rs113883650 variant, was also used.The obtained results suggest that iPSCs derived from PKU patients who additionally possess the rs113883650 variant of the SLC7A5 gene differentiate less efficiently into dopaminergic neurons. However, further research is needed to make general conclusions.