Tilbake til søkeresultatene

BEHANDLING-God og treffsikker diagnostikk, behandling og rehabilitering

Using pluripotent stem cells (iPSC) to model mitochondrial disease, study tissue specific manifestations and investigate treatments

Alternativ tittel: null

Tildelt: kr 3,9 mill.

Mitokondrier er grunnleggende for ulike biologiske prosesser, inkludert energiproduksjon, apoptose og aldring. Mitokondriell dysfunksjon også spiller en rolle i utvikling av vanlige nevrodegenerative sykdommer som Parkinsons sykdom. Primære mitokondriesykdommer er de hyppigste medfødte stoffskiftfeilene, og vi viste at de som skyldes mutasjoner i mitokondriell DNA-polymerasen (POLG) er hyppige i Norge. POLG-mutasjoner forårsaker defekt i mitokondrielt DNA (mtDNA) som gjør dem til et paradigme for alle type mitokondriesykdommer. Til tross for tilstedeværelsen av mitokondrier i alle celler, påvirker imidlertid POLG-relaterte sykdommer spesielt hjerne og lever. For å studere sykdomsmekanismer, genererte vi induserte pluripotente stamceller (iPSC) fra pasienter med POLG-mutasjoner og differensierte disse til nevroner og cardiomyocytter. I samarbeid med dr. Gareth Sullivan, Oslo, har vi også generert leverceller fra samme iPSC for å studere leverdysfunksjonen sett hos POLG pasienter, spesielt den toksisk responsen mot antiepilepticum natriumvalproat. Dette NFR-finansierte prosjektet har gitt oss mulighet til å utvikle en ny metode for kultivering av cardiomyocytter i 96 brønnplater noe som vil gjøre det adskillig lettere senere å gjennomføre f. eks. legemiddelprøving etc. Vi har også funnet endringer i mitokondriell DNA under differensiering, og dette har belyst hva som skjer i løpet av utviklingen av cardiomyocytter. Vi har også generert nevronale stamceller (NSC) og undersøkt endringene i mitokondrier og mitokondriell DNA som oppstår under differensiering av disse, og videre da en differensierer disse til neuroner. Endringer i genuttrykk (transcriptomics) er fullført, og analysen pågår. Ytterligere studier inkludert proteomics er planlagt. I tillegg til å kunne lage både dopaminerge og spinalnevroner, har vi også utviklet metoder for å differensiere NSC til gliaceller - astrocytter og oligodendrocytter. Disse blir dyrket sammen med neuroner for å undersøke hvordan disse celletyper modulerer normal funksjon og sykdomsutvikling i neuroner. Samkultivering av astrocytter med kontrollneuroner eller de som har POLG-mutasjoner blir studert ved hjelp av funksjonelle studier og transkriptomikker og proteomics. Vi utvikler også 3D kulturer for å undersøke samspillet mellom astrocyter og mer fullt utviklede nevroner. Våre studier har gitt større forståelse for ikke bare sykdomsmekanismer, men også hva som skjer under normal utvikling. Forskningen er original, basert på cutting-edge teknologi og, gitt den høye forekomsten av POLG mutasjoner her i Norge, svært relevant. Samarbeid mellom Bergen og Oslo stamceller sentre er nå etablert og skal danne grunnlag for fremtidig arbeid.

Mitochondria are fundamental to diverse biological processes including energy production and apoptosis, and dysfunction of mitochondria is known to cause a wide range of disease. Further, mitochondria are linked to several neurodegenerative diseases notab ly Parkinson's disease and mutations in mitochondrial DNA (mtDNA) are thought to play a role in ageing. Mitochondrial diseases are the commonest inborn errors of metabolism and we have shown that one group, due to mutations in the mitochondrial DNA polyme rase (POLG), are common in Norway. POLG mutations cause abnormalities of mtDNA and are therefore, a paradigm for mitochondrial disease in general. Induced pluripotent stem cell (iPSC) technology offers a unique opportunity to model human disease in a rene wable and tissue specific manner. We will use human iPSC from patients with POLG mutations to model disease in cells such as neurones, hepatocytes and cardiomyocytes, tissues that we know do, and do not, manifest disease. We will study the mechanisms resp onsible for tissue specific involvement and how this evolves, specifically how it affects energy metabolism and mtDNA. We will also investigate the mechanisms behind the hepatotoxicity seen in these patients treated with the first line anticonvulsant sodi um valproate. Subsequently, we will explore ways of using these iPS cells to develop treatments. This will involve medium/low throughput screening for potentially therapeutic molecules and, by genetic manipulation of the primary cells, generating patient cells (neurones, hepatocytes etc.) free of the mutation to use for treatment. The planned studies will increase our understanding of disease mechanisms and basic mitochondrial function. The research is original, based on cutting edge technology and, given the high prevalence of POLG mutations here in Norway, highly appropriate. The combination of clinical questions and basic science approach means that this research is by all criteria translational.

Aktivitet:

BEHANDLING-God og treffsikker diagnostikk, behandling og rehabilitering