Single-Cell Sequencing of iPSC-Dopamine Neurons Reconstructs Disease Progression and Identifies HDAC4 as a Regulator of Parkinson Cell Phenotypes

生物 调节器 表型 多巴胺 帕金森病 疾病 细胞 神经科学 临床表型 细胞生物学 遗传学 生物信息学 内科学 基因 医学
作者
Charmaine Lang,Kieran R. Campbell,Brent J. Ryan,Phillippa J. Carling,Moustafa Attar,Jane Vowles,Olga V. Perestenko,Rory Bowden,Fahd Baig,Meike Kasten,Joshua Shulman,Sally A. Cowley,Caleb Webber,Richard Wade‐Martins
出处
期刊:Cell Stem Cell [Elsevier]
卷期号:24 (1): 93-106.e6 被引量:142
标识
DOI:10.1016/j.stem.2018.10.023
摘要

Induced pluripotent stem cell (iPSC)-derived dopamine neurons provide an opportunity to model Parkinson’s disease (PD), but neuronal cultures are confounded by asynchronous and heterogeneous appearance of disease phenotypes in vitro. Using high-resolution, single-cell transcriptomic analyses of iPSC-derived dopamine neurons carrying the GBA-N370S PD risk variant, we identified a progressive axis of gene expression variation leading to endoplasmic reticulum stress. Pseudotime analysis of genes differentially expressed (DE) along this axis identified the transcriptional repressor histone deacetylase 4 (HDAC4) as an upstream regulator of disease progression. HDAC4 was mislocalized to the nucleus in PD iPSC-derived dopamine neurons and repressed genes early in the disease axis, leading to late deficits in protein homeostasis. Treatment of iPSC-derived dopamine neurons with HDAC4-modulating compounds upregulated genes early in the DE axis and corrected PD-related cellular phenotypes. Our study demonstrates how single-cell transcriptomics can exploit cellular heterogeneity to reveal disease mechanisms and identify therapeutic targets.
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