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Recapitulating primary immunodeficiencies with expanded potential stem cells: Proof of concept with STAT1 gain of function - 04/04/24

Doi : 10.1016/j.jaci.2023.11.914 
Xueyan Liu, PhD a, b, Vera S.F. Chan, PhD a, b, Kenneth G.C. Smith, MBBS, PhD a, c, Chang Ming, PhD a, d, Chung Sze Or, MPhil a, b, Faria T.W. Tsui, MSc a, b, Bo Gao, PhD a, e, Matthew C. Cook, MBBS, PhD a, c, Pentao Liu, PhD a, d, Chak Sing Lau, MBChB, MD a, b, Philip Hei Li, MBBS, MD a, b,
a Centre for Translational Stem Cell Biology, University of Hong Kong, Hong Kong SAR, China 
b Division of Rheumatology and Clinical Immunology, Department of Medicine, Queen Mary Hospital, University of Hong Kong, Hong Kong SAR, China 
c Department of Medicine, University of Cambridge School of Clinical Medicine, University of Cambridge, Cambridge, United Kingdom 
d School of Biomedical Sciences, University of Hong Kong, Hong Kong SAR, China 
e School of Biomedical Sciences, Chinese University of Hong Kong, Hong Kong SAR, China 

Corresponding author: Philip Hei Li, MBBS, MD, Division of Rheumatology and Clinical Immunology, Department of Medicine, Queen Mary Hospital, University of Hong Kong, 102 Pokfulam Rd, Pokfulam, Hong Kong SAR, China.Division of Rheumatology and Clinical ImmunologyDepartment of MedicineQueen Mary HospitalUniversity of Hong Kong102 Pokfulam RdPokfulamHong Kong SARChina

Graphical abstract




Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Abstract

Background

Inborn errors of immunity (IEI) often lack specific disease models and personalized management. Signal transducer and activator of transcription (STAT)-1 gain of function (GoF) is such example of an IEI with diverse clinical phenotype with unclear pathomechanisms and unpredictable response to therapy. Limitations in obtaining fresh samples for functional testing and research further highlights the need for patient-specific ex vivo platforms.

Objective

Using STAT1-GoF as an example IEI, we investigated the potential of patient-derived expanded potential stem cells (EPSC) as an ex vivo platform for disease modeling and personalized treatment.

Methods

We generated EPSC derived from individual STAT1-GoF patients. STAT1 mutations were confirmed with Sanger sequencing. Functional testing including STAT1 phosphorylation/dephosphorylation and gene expression with or without Janus activating kinase inhibitors were performed. Functional tests were repeated on EPSC lines with GoF mutations repaired by CRISPR/Cas9 (clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated protein 9) editing.

Results

EPSC were successfully reprogrammed from STAT1-GoF patients and expressed the same pluripotent makers as controls, with distinct morphologic differences. Patient-derived EPSC recapitulated the functional abnormalities of index STAT1-GoF patients with STAT1 hyperphosphorylation and increased expression of STAT1 and its downstream genes (IRF1, APOL6, and OAS1) after IFN-γ stimulation. Addition of ruxolitinib and baricitinib inhibited STAT1 hyperactivation in STAT1-GoF EPSC in a dose-dependent manner, which was not observed with tofacitinib. Corrected STAT1 phosphorylation and downstream gene expression were observed among repaired STAT1-GoF EPSC cell lines.

Conclusion

This proof-of-concept study demonstrates the potential of our patient-derived EPSC platform to model STAT1-GoF. We propose this platform when researching, recapitulating, and repairing other IEI in the future.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Key words : CRISPR/Cas9, expanded potential, gain of function, gene editing, immunodeficiency, inborn errors of immunity, Janus activating kinase (JAK) inhibitor, model, personalized, phosphorylation, signal transducer and activator of transcription 1 (STAT1), stem cell

Abbreviations used : Cas9, CMC, CRISPR, EPC, EPSC, EPSCM, GoF, IEI, JAK, JAKi, PBMC, p-STAT1, qRT-PCR, STAT1, t-STAT1


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Vol 153 - N° 4

P. 1125-1139 - avril 2024 Retour au numéro
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