Characterisation and neuronal differentiation of iPS cells derived from patients with CLN3 disease

Abstract

CLN3 sykdom er en nevrodegenerativ sykdom som tilhører NCL gruppen. Sykdommen er forårsaket av en mutasjon på CLN3 genet, som fører til dysfunksjonelle Battenin proteiner. Ettersom Battenin er en del av lysosom-membranen, er det spekulert i at det autofagiske systemet er negativt påvirket av sykdommen. Det finnes ingen effektive og konsise behandlinger pga. mangel på forståelse av den underliggende molekylære mekanismen hos sykdommen. Det er derfor viktig å karakterisere forskjellen i det proteasomale og autofagiske systemet i friske og CLN3 manglende celler. Dette prosjektet har som hensikt å finne pålitelige metoder for differensiering av induserte pluripotente stamceller til modne nevroner, slik at patologien senere kan undersøkes nærmere i nevronvev. I dette prosjektet ble fibroblaster avledet av CLN3 pasienter og deres friske fedre som kontroll reprogrammert til induserte pluripotente stamceller (iPSCs). Stamcellenes egenskaper ble karakterisert, og ingen forskjell mellom CLN3 pasienter og kontroller ble observert. Resultatene av karakteriseringen av nevrale progenitor cells (NPCs) differensiert fra iPSC, indikerte at transkripsjonsfaktoren SOX2 kan være en viktig markør for levedyktighet hos NPC og deres evne til å videre differensieres. Forskjellige nevrale differensieringsprotokoller ble brukt for å nå modne nevroner, med resultater som indikerer viktigheten av BDNF og GDNF i modningen. I løpet av denne oppgaven var det ikke mulig å konkludere om CLN3 mutasjonen påvirker nevral modning av iPSC. Dette er, derimot, omfanget av senere undersøkelser.

CLN3 disease is a neurodegenerative disorder belonging to the neuronal ceroid lipofuscionsis (NCL) group. The disease is caused by a mutation on the CLN3 gene causing a dysfunction in the Battenin protein which is part of the lysosome membrane. It is therefore suspected that the autophagy system is being impaired due to lack of proper Battenin. There are no effective and consistent treatments for the disease due to a lack of understanding of the molecular mechanism underlying the disease. It is therefore crucial to characterize the difference in proteasomal function and autophagy in healthy and CLN3 deficient cells. This project aims to find a reliable method for differentiating induced pluripotent stem cells into mature neurons, making it possible to later examine the pathology in neuronal tissue. In this project fibroblasts derived from patients with CLN3 disease and their healthy fathers as controls were reprogrammed into induced pluripotent stem cells (iPSCs). The stem cell properties of these iPSCs were characterised, demonstrating no difference between the CLN3 patients and controls. Results of characterisation of neural progenitor cells (NPCs) differentiated from iPSC indicated that the transcription factor SOX2 could be an important marker for the viability of NPCs and their ability to further differentiate. Different neuronal differentiation protocols were used to reach neuronal maturity, with results indicating the importance of BDNF and GDNF for maturing neurons. Within the course of this thesis it was not possible to conclude whether the CLN3 mutation affect neuronal differentiation of iPSC. However, this is a scope of future investigations.