Induced pluripotent stem cell-derived human neurons to model autoimmune encephalitis

Autoantistoffer rettet mod proteiner udtrykt på celleoverfladen af neuroner kan inducere en gruppe sygdomme kaldet autoimmun encefalitis eller mere præcist neuronale overfladeantistof- (NSab-)medierede sygdomme. Disse sygdomme varierer med hensyn til symptomer, neurologiske udfaldssymptomer og sygdomsmekanismer alt efter hvilket protein autoantistofferne er rettet mod. Symptomerne er ofte kognitive og kan omfatte hukommelsesbesvær, psykoser, epileptiske anfald og koma. Selvom patienter med de fleste undertyper generelt kommer sig godt fysisk, er langsigtede kognitive symptomer almindelige. Behandlingsstrategier fungerer ved at fjerne autoantistoffer og standse autoantistofproduktion, men påvirker ikke potentielle skadelige virkninger induceret af autoantistoffer på neuroner. Autoantistoffer mod mere end 20 forskellige antigener er blevet beskrevet der kan inducere NSab-medieret sygdom, men virkningerne af autoantistofbinding er kun blevet undersøgt i detaljer for nogle få typer. Udvikling af nye behandlinger er besværet af en ufuldstændig forståelse af sygdomsmekanismer.

Denne afhandling havde til formål at kortlægge, hvad der er publiceret om de molekylære og cellulære effekter af autoantistofbinding. Vi havde yderligere til formål at evaluere evidensen for patogenicitet for hver type autoantistof. Vi fandt, at der ikke var publiceret evidens for fire ud af 21 beskrevne typer af NSab-medierede sygdomsfremkaldende autoantistoffer. For otte af de resterende 17 typer var de beskrevne patofysiologiske effekter af autoantistoffer ikke blevet verificeret af en uafhængig forskergruppe. For ni typer af NSab-medierede sygdomsinducerende autoantistoffer havde mere end én uafhængig forskergruppe offentliggjort lignende patogene effekter, hvilket opfyldte kriterierne for at nå den højeste klasse af evidens for patogenicitet.

Et yderligere formål var at undersøge sygdomsmekanismerne for en type NSab-medieret sygdom kaldet IgLON5-sygdom. I denne sygdom udtrykker patienterne antistoffer mod celleadhæsionsmolekylet IgLON5, og prognosen er særligt dårligt. Aflejringer af hyperphosphoryleret Tau (pTau) er blevet fundet i disse patienters hjerner. Vores mål var at fastslå, om IgLON5-autoantistofferne var årsag til pTau-akkumulering, og generelt hvordan IgLON5-autoantistoffer påvirker neuroner. Ved at bruge en human induceret pluripotent stamcelle (hiPSC) model fandt vi, at eksponering for IgLON5-autoantistoffer forårsagede synaptisk forstyrrelse, pTau-akkumulering og øget celledød. Desuden undersøgte vi de intracellulære ændringer forårsaget af IgLON5-autoantistoffer ved hjælp af massespektrometrisk analyse i kombination med vores stamcellemodelsystem. Vi fandt ud af, at én dags eksponering for IgLON5-autoantistoffer medførte regulering af 111-proteiner, herunder mange subunits af proteasomet, og mitokondrielle proteiner i hiPSC-deriverede neurale kulturer. Ud fra vores resultater udledte vi, at glykogensyntase kinase 3ß (GSK-3ß) kunne være en central mediator af sygdomsmekanismer. GSK-3ß fosforylerer Tau og er derfor et potentielt mål for farmaceutisk intervention. Ved at hæmme GSK-3ß var vi i stand til at forhindre pTau-akkumulering og øget celledød i hiPSC-deriverede neurale kulturer eksponeret for IgLON5-autoantistoffer.

Vores resultater har fastslået, at vores viden om NSab-medierede sygdomsmekanismer er begrænset. Vores IgLON5 autoantistof analyser har vist, at hiPSC-modelsystemer og proteomiske analyser kan bidrage til en bedre forståelse af molekylære processor og mekanismer i NSab-medierede sygdomme.