Neuropsychopharmacologia Hungarica

Volume 18, Issue 4, December 2016 [translated version]

Review

Modeling neurological and psychiatric disorders in vitro using induced pluripotent stem cells: highlighting findings in Alzheimer’s disease and schizophrenia

Edit Hathy1, Sára Kálmán2, Ágota Apáti3, Zsófia Nemoda1,4, János M. Réthelyi1,5


 

1 MTA-SE NAP-B Molecular Psychiatry and in vitro Disease Modeling Research Group, Hungarian Academy of Sciences and Semmelweis University, Budapest
2 University of Szeged, Faculty of Medicine, Department of Psychiatry, Szeged
3 Molecular Cell Biology Research Group, Institute of Enzymology, Research Centre for Natural Sciences, Hungarian Academy of Sciences, Budapest
4 Department of Medical Chemistry, Molecular Biology and Pathobiochemsitry, Semmelweis University, Budapest
5 Department of Psychiatry and Psychotherapy, Semmelweis University, Budapest


Over the past decade we witnessed the birth of a new scientific area that lies at the borders of developmental biology, stem cell biology, basic and clinical neuroscience. In vitro disease modeling refers to the approach that exploits the capacity of stem cells for self-renewal and pluripotency by generating specific cell types that are relevant for a given disorder. Based on this method, neurological and psychiatric disorders can be investigated by differentiating stem cells into neurons in a dish, and studying the relevant neuronal populations affected in the pathophysiology of the disorder in terms of specific cellular phenotypes. The advent of induced pluripotent stem cells (IPSCs) has made it possible to reprogram IPSCs from somatic cells of patients carrying specific genetic risk variants, and to analyze the in vitro cellular findings in the context of the clinical picture. Pluripotent stem cell based disease modeling offers an alternative solution for invasive and mostly not performable central nervous system biopsies in neuropsychiatric disorders, and is an appealing laboratory method for studying biomarkers of these disorders and for future drug development. This review summarizes the pluripotent stem cell based disease modeling literature in two important neuropsychiatric disorders, Alzheimer’s disease and schizophrenia. 
(Neuropsychopharmacol Hung 2016; 18(4): 188–198)

Keywords: induced pluripotent stem cell (IPSC), in vitro disease modelling, neuronal differentiation, schizophrenia, Alzheimer’s disease

 

 

 

Összefoglaló közlemény

Neurológiai és pszichiátriai betegségek in vitro modellezése indukált pluripotens őssejtek felhasználásával: fókuszban az Alzheimer-kór és a szkizofrénia

Hathy Edit1, Kálmán Sára2, Apáti Ágota3, Nemoda Zsófia1,4, Réthelyi János1,5

 


 

1 MTA-SE NAP-B Molekuláris Pszichiátriai Kutatócsoport, Magyar Tudományos Akadémia és Semmelweis Egyetem, Budapest
2 Szegedi Tudományegyetem, Általános Orvostudományi Kar, Pszichiátriai Klinika, Szeged
3 Molekuláris Sejtbiológiai Kutatócsoport, Enzimológiai Intézet, Magyar Tudományos Akadémia Természettudo­mányi Kutatóközpont, Budapest
4 Orvosi Vegytani, Molekuláris Biológiai és Patobiokémiai Intézet, Semmelweis Egyetem, Budapest
5 Pszichiátriai és Pszichoterápiás Klinika, Semmelweis Egyetem, Budapest


Az elmúlt évtizedben új tudományterület kialakulásának lehettünk tanúi, amely a fejlődésbiológia, az őssejtbiológia, valamint a kísérletes és klinikai idegtudományok határvidékén fekszik. In vitro betegségmodellezésnek azt a megközelítést nevezzük, amely során a humán őssejtek önmegújító és pluripotens tulajdonságait aknázzuk ki azáltal, hogy egy adott betegség szempontjából fontos sejttípust hozunk létre laboratóriumi körülmények között irányított differenciáltatási protokollok alkalmazásával. A neurológiai és pszichiátriai betegségek esetében ez azt jelenti, hogy idegsejtekké differenciáltatjuk az őssejteket a laboratóriumban, majd az adott betegség patomechanizmusában érintett neuronpopulációt specifikus celluláris tulajdonságai mentén vizsgáljuk. Az indukált pluripotens őssejt (induced pluripotent stem cell, IPSC) technológia fejlődésével lehetővé vált, hogy bizonyos genetikai rizikóvariánsokat hordozó páciensek testi sejtjeiből hozzunk létre IPS sejteket visszaprogramozás útján, majd ezeket az őssejteket használjuk fel in vitro idegsejt rendszer létrehozásához. A laboratóriumi mérések során kapott eredményeket végül a páciensek klinikai adatainak ismeretében értelmezzük. Ez az őssejtalapú betegségmodellezés alternatív megoldást nyújthat a krónikus neurológiai és pszichiátriai betegségekben többnyire nem kivitelezhető, biopsziás mintavétel hiányára, módszere lehet biomarker-kutatásoknak és gyógyszerfejlesztésnek. Összefoglaló tanulmányunkban két jelentős, központi idegrendszert érintő betegség, az Alzheimer-kór és a szkizofrénia indukált pluripotens őssejt alapú modellezésének irodalmát mutatjuk be és foglaljuk össze.
(Neuropsychopharmacol Hung 2016; 18(4): 188–198)

Kulcsszavak:
indukált pluripotens őssejt, in vitro betegségmodellezés, neuronális differenciáció, szkizofrénia, Alzheimer-kór