Highlight

การสร้างเซลล์ไลน์ต้นกำเนิดชนิดเหนี่ยวใหม่ที่มีการกลายพันธ์ุที่จำเพาะของยีน PKD1

ที่มาและความสำคัญ

การสร้างเซลล์ต้นแบบ (model) สำหรับโรคถุงน้ำในไตชนิดพันธุกรรมเด่น (autosomal dominant polycystic kidney disease, ADPKD) ซึ่งมียีน polycystin 1 (PKD1) เป็นยีนที่เกิดการกลายพันธุ์มากที่สุดในโรคนี้ และการกลายพันธุ์มีการกลายพันธุ์ที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับชนิดและะตำแหน่งซึ่งมีผลต่อความรุนแรงของโรค การศึกษานี้จึงทำการสร้างเซลล์ไลน์ต้นกำเนิดชนิดเหนี่ยวนำ (induced pluripotent stem cells)เป็นเซลล์ต้นแบบของโรคนี้โดยใช้เซลล์ของคนไข้ที่เป็นโรคถุงน้ำในไตชนิดพันธุกรรมเด่นที่มีการกลายพันธุ์แบบการขาดหายไปของนิวคลีโอไทด์ (deletion) ของยีน PKD1 ที่ตำแหน่งนิวคลีโอไทด์ที่ 7946-7947 ของ cytosine  (C) และ thymine (T)  (c.7946_7947delCT) ใน Exon20 ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงการถอดรหัสโปรตีน (frameshift) หลังตำแหน่งโปรตีนที่ 2650 จากโปรตีน Leucine (L) เป็น glycine (G)  ซึ่งยังไม่มีเคยมีการรายงานการสร้างเซลล์ไลน์ต้นกำเนิดชนิดเหนี่ยวนำที่มีการกลายพันธุ์ดังกล่าวในโรคถุงน้ำในไตชนิดพันธุกรรมเด่นมาก่อน โดยเซลล์ไลน์ดังกล่าวมีคุณสมบัติของเซลล์ต้นกำเนิดชนิดเหนี่ยวนำคือมีการแสดงออกของโปรตีนและยีนบ่งชี้ความเป็นเซลล์ต้นกำเนิด มีความสามารถพัฒนาไปเป็นเซลล์ตัวแทนเนื้อเยื่อตัวอ่อน 3 ชั้น มีโครโมโซม การกลายพันธุ์ และลายพิมพ์ดีเอ็นเอที่เหมือนกับเซลล์ตั้งต้นของคนไข้ ที่สำคัญคือสามารถถูกชักนำให้เป็นเซลล์ท่อไตและเกิดลักษณะคล้ายถุงน้ำที่เหมือนกับพยาธิสภาพของโรคได้เมื่อถูกกระตุ้นด้วยสารเคมีที่เป็นปัจจัยการเกิดถุงน้ำในไต เซลล์ไลน์ที่สร้างขึ้นนี้จึงเหมาะสมที่จะใช้เป็นแบบจำลองของโรคถุงน้ำในไตได้โดยเฉพาะการที่มีการกลายพันธุ์ที่จำเพาะบนยีน PKD1

Abstract

Autosomal dominant polycystic kidney disease (ADPKD) is one of the most prevalent genetic diseases affecting the kidneys. A genetically specific mutation model is required to comprehend its pathophysiology and to develop a drug treatment. In this study, we successfully developed human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) named MUi027-A from skin fibroblasts of a patient diagnosed with ADPKD and carrying the PKD1 frameshift mutation (c.7946_7947delCT). MUi027-A cells showed the same genetic fingerprints as the parental cells, including the presence of the PKD1 mutation. MUi027-A hiPSCs displayed embryonic stem cell-like characteristics with the capability of differentiating into the three germ layers. Upon directed differentiation, MUi027-A hiPSCs could be differentiated into tubular organoids with the expression of renal cell markers. Furthermore, we compared the efficiency of cyst formation in two human iPSC lines with different PKD1 mutations. When cyst formation was induced by either forskolin or blebbistatin, MUi027-A hiPSC-derived kidney organoids displayed higher frequencies of cyst formation when compared to organoids generated from an iPSC cell line with non-truncating PKD1 mutation genotype (c.5878C > T), suggesting the presence of physiological differences in the mechanism of cyst formation between different PKD1 mutants. Overall, we generated and characterized a novel human iPSC line with a specific PKD mutation and demonstrated its potential as a disease model to study the pathophysiology of genetic determinants in the development of ADPKD disease.

KEYWORDS: autosomal dominant polycystic kidney disease, PKD, patient-derived cell line, human induced pluripotent stem cells, episomal reprogramming, disease model

Citation: Linn, A.K.; Maneepitasut, W.; Tubsuwan, A.; Kitiyanant, N.; Phakdeekitcharoen, B.; Borwornpinyo, S.; Hongeng, S.; Phanthong, P. Establishment and Characterization of MUi027-A: A Novel Patient- Derived Cell Line of Polycystic Kidney Disease with PKD1 Mutation. J. Pers. Med. 2022, 12, 766. https://doi.org/10.3390/jpm12050766

RELATED SDGs:

3. GOOD HEALTH AND WELL-BEING

ผู้ให้ข้อมูล: อาจารย์ ดร.เพชรัตน์ พานทอง
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: อาจารย์ ดร.เพชรัตน์ พานทอง
แหล่งทุนวิจัย: This research project was supported by Mahidol University (Basic Research Fund: Fiscal year 2021, grant number BRF1-A27/2564) and Faculty of Science, Mahidol University.

Highlight:
งานวิจัยนี้สามารถสร้างเซลล์ต้นกำเนิดแบบชักนำจากผู้ป่วยโรคถุงน้ำในไตชนิดพันธุกรรมเด่นที่มีการกลายพันธุ์ของยีน PKD1 ได้สำเร็จ

ที่มาและความสำคัญ
โรคถุงน้ำในไตชนิดพันธุกรรมเด่น (autosomal dominant polycystic kidney disease, ADPKD) เป็นโรคทางพันธุกรรมที่พบได้บ่อย และเป็นสาเหตุหนึ่งที่นำไปสู่ภาวะไตวายได้ โดยมีสาเหตุส่วนใหญ่จากการกลายพันธุ์ของยีน polycystic kidney disease 1 (PKD1) หรือ PKD2 เพื่อเป็นการสร้างแบบจำลองของโรคในระดับเซลล์และจำเพาะต่อยีน PKD1 งานวิจัยนี้จึงสร้างเซลล์กำเนิดแบบชักนำ (induced pluripotent stem cells, iPS cells) ที่มีการกลายพันธุ์ของลำดับเบสที่จำเพาะต่อยีน PKD1 จาก Cytosine เป็น Thymine (c.5878C > T) จากเซลล์ผิวหนังของผู้ป่วยโรคถุงน้ำในไตชนิดพันธุกรรมเด่น โดยเซลล์ไลน์ดังกล่าวมีคุณสมบัติที่มีความเหมือนกับเซลล์ต้นกำเนิดชนิดตัวอ่อนจึงสามารถเปลี่ยนแปลงพัฒนาไปเป็นเซลล์ต่างๆ ในร่างกายได้รวมถึงเซลล์บุท่อไตและยังคงมีการกลายพันธุ์ของลำดับเบสที่จำเพาะต่อยีน PKD อยู่ในเซลล์ต้นแบบที่สร้างขึ้น จึงเหมาะสมที่จะใช้เป็นแบบจำลองของการเกิดโรค การค้นหาตัวยา หรือพัฒนาวิธีการรักษาใหม่ๆ ในโรคถุงน้ำในไตชนิดพันธุกรรมเด่นที่มีการกลายพันธุ์ที่จำเพาะดังกล่าวต่อไปได้

Abstract
Autosomal dominant polycystic kidney disease (ADPKD) is one of the common genetic kidney disorders that are caused by mutations in PKD1 or PKD2 gene. In this report, the MUi026-A human induced pluripotent stem cell (hiPSC) line was established from the skin fibroblasts of a female ADPKD patient who had the PKD1 mutation with c.5878C > T. The iPSC line retained normal karyotype. The cells displayed embryonic stem cell-like characteristics with pluripotency marker expression and were able to differentiate into three germ layers.

KEYWORDS: iPSC, ADPKD, PKD1, Autosomal dominant polycystic kidney disease

Citation: Maneepitasut W, Wongkummool W, Tong-Ngam P, Promthep K, Tubsuwan A, Khine Linn A, Phakdeekitcharoen B, Borwornpinyo S, Kitiyanant N, Phanthong P, Hongeng S. Generation of human induced pluripotent stem cell line (MUi026-A) from a patient with autosomal dominant polycystic kidney disease carrying PKD1 point mutation. Stem Cell Res. 2021 May;53:102306. doi: 10.1016/j.scr.2021.102306. Epub 2021 Mar 22. PMID: 33799277.

RELATED SDGs:

3. GOOD HEALTH AND WELL-BEING

ผู้ให้ข้อมูล: อาจารย์ ดร.เพชรัตน์ พานทอง
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: อาจารย์ ดร.เพชรัตน์ พานทอง
แหล่งทุนวิจัย: This research project is supported by Mahidol University (Basic Research Fund: Fiscal year 2021, Grant ID: BRF1-A27/2564) and Faculty of Science, Mahidol University. Warun Maneepitasut was supported by Sritungtong scholarship, Faculty of Science, Mahidol University.