Neuronale Differenzierung von patientenspezifischen, induzierten pluripotenten Stammzellen mit Neurexin 1-Kopienzahlvariationen zur Erforschung der Schizophrenie

Abstract

Schizophrenie ist mit Kopienzahlvariationen (CNV) des Neurexin 1 (NRXN1)-Gens assoziiert, deren zelluläre Auswirkungen kaum verstanden sind. Es wurde mit induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS-Zellen) gearbeitet, welche aus B-Lymphozyten von Patienten mit NRXN1-CNV hergestellt wurden. Die Pluripotenz der iPS-Zellen wurde durch Nachweise von Stammzellmarkern belegt. Spontan differenzierte Zellen bildeten Derivate aller drei Keimblätter. Die iPS-Zellen wurden zu neuralen Stammzellen differenziert, die assoziierte Marker aufwiesen. Daraus hergestellte kortikale Neurone wurden mittels Patch-Clamp-Technik untersucht, wobei physiologische Reaktionen der Zellen auf Neurotransmitter nachgewiesen werden konnten. Die während der Differenzierung quantitativ bestimmte Transkriptmenge von NRXN1 war im Stadium der kortikalen Neurone am höchsten. Es wurden keine Unterschiede zwischen den NRXN1-CNV-Zelllinien und parallel differenzierten iPS-Zellen psychiatrisch gesunder Spender festgestellt.

Schizophrenia is associated with copy number variations (CNVs) of neurexin 1 (NRXN1) but the resulting effects on cellular mechanisms are poorly understood. B-lymphocytes from patients with NRXN1-CNV were reprogrammed to induced pluripotent stem cells (iPS cells). Pluripotency of these iPS-cells was verified by different methods which proved expression of essential pluripotency factors. Patient-specific iPS cells were characterized by spontaneous differentiation which showed cells of all germ layers. By directed neuronal induction generated neural stem cells showed crucial developmental marker genes and have been further differentiated to cortical neurons. Patch-clamp technique of these neurons was performed and showed physiological reactions to neurotransmitters. Expression of NRXN1 was quantified during differentiation with highest peak in cortical neurons. There were found no differences between NRXN1-CNV-cells and differentiated iPS-cells of subjects without psychiatric disease.