Generation of induced pluripotent stem cells and their differentiation into microglia for the analysis of Alzheimer’s disease

Abstract

Alzheimer (AD) ist die häufigste Ursache für Demenz bei älteren Menschen dessen Ursachen aus einem komplexen Zusammenspiel von genetischen Faktoren und Umweltfaktoren wirken. Mikroglia, die Immunzellen des Gehirns, sind involviert in die Schlüsselprozesse für die Akkumulation von Plaques. Genomweite Assoziationsstudien (GWAS) konnten DNA-Variationen identifizieren, die mit einem erhöhten Risiko für die AD assoziiert sind und nahelegen, dass das Immunsystem bei der Progression von AD eine wichtige Rolle spielt. Zum Untersuchen dieser Hypothese, wurden in dieser Arbeit induzierte pluripotente Stammzellen aus Patienten generiert und ein Protokoll zur Mikroglia Differenzierung etabliert. Ergebnisse der funktionellen Analysen wie der Motilität, Zytokinfreisetzung und Zellaktivierung sowie einer anschließenden Proteomanalyse brachten neue Erkenntnisse zu relevanten molekularen Mechanismen, welche die aus der GWAS abgeleiteten Hypothese zur Beteiligung des Immunsystem an der AD verifiziert.

Alzheimer's disease (AD) is the most common cause of dementia in the elderly and is caused by a complex interaction of genetic and environmental factors. Microglia, the immune cells of the brain, are involved in key processes for plaque accumulation. Genome-wide association studies (GWAS) have been able to identify DNA variations associated with increased risk for AD, suggesting that the immune system plays an important role in AD progression. To investigate this hypothesis, this work generated induced pluripotent stem cells from patients and established a protocol for microglia differentiation. Results of functional analyses such as motility, cytokine release, and cell activation, as well as a subsequent proteomic analysis, provided new insights into relevant molecular mechanisms that verified the hypothesis derived from GWAS on the involvement of the immune system in AD.