Reprogramming somatic cells to induced pluripotent stem cells (iPSCs) resets their identity back to an embryonic age and, thus, presents a significant hurdle for modeling late-onset disorders. In this study, we describe a strategy for inducing aging-related features in human iPSC-derived lineages and apply it to the modeling of Parkinson’s disease (PD). Our approach involves expression of progerin, a truncated form of lamin A associated with premature aging. We found that expression of progerin in iPSC-derived fibroblasts and neurons induces multiple aging-related markers and characteristics, including dopamine-specific phenotypes such as neuromelanin accumulation. Induced aging in PD iPSC-derived dopamine neurons revealed disease phenotypes that require both aging and genetic susceptibility, such as pronounced dendrite degeneration, progressive loss of tyrosine hydroxylase (TH) expression, and enlarged mitochondria or Lewy-body-precursor inclusions. Thus, our study suggests that progerin-induced aging can be used to reveal late-onset age-related disease features in hiPSC-based disease models.

Parkinson's disease (PD) is characterized by the selective loss of dopamine neurons in the substantia nigra; however, the mechanism of neurodegeneration in PD remains unclear. A subset of familial PD is linked to mutations in PARK2 and PINK1, which lead to dysfunctional mitochondria-related proteins Parkin and PINK1, suggesting that pathways implicated in these monogenic forms could play a more general role in PD. We demonstrate that the identification of disease-related phenotypes in PD-patient-specific induced pluripotent stem cell (iPSC)-derived midbrain dopamine (mDA) neurons depends on the type of differentiation protocol utilized. In a floor-plate-based but not a neural-rosette-based directed differentiation strategy, iPSC-derived mDA neurons recapitulate PD phenotypes, including pathogenic protein accumulation, cell-type-specific vulnerability, mitochondrial dysfunction, and abnormal neurotransmitter homeostasis. We propose that these form a pathogenic loop that contributes to disease. Our study illustrates the promise of iPSC technology for examining PD pathogenesis and identifying therapeutic targets.