iPS細(xì)胞的遺傳缺陷

【資料簡介】

2006年日本科學(xué)家山中申彌利用病毒載體將四個轉(zhuǎn)錄因子（Oct4，Sox2，Klf4和c-myc）的組合轉(zhuǎn)入分化的體細(xì)胞中，使其重編程而得到了類似胚胎干細(xì)胞的一種細(xì)胞類型——誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPS cells）。這種通過將*分化的體細(xì)胞重編程，不經(jīng)胚胎階段而直接逆轉(zhuǎn)至多能干細(xì)胞狀態(tài)的iPS 細(xì)胞一度被視為zui有希望運用到再生醫(yī)學(xué)及新藥開發(fā)的重要資源，為人類各種遺傳性及功能性疾病的研究和治療帶來了新希望。然而近幾個月來，陸續(xù)有一些研究團(tuán)體報道發(fā)現(xiàn)iPS 細(xì)胞存在著重編程錯誤及基因組不穩(wěn)定性的缺陷，這些缺陷將有可能導(dǎo)致iPS 細(xì)胞的臨床治療潛能受到限制。

　　近日生物學(xué)期刊《自然》（Nature）雜志同期發(fā)表了三篇論文分別針對iPS細(xì)胞的點突變、拷貝數(shù)變異及DNA甲基化特征進(jìn)行了研究，新研究發(fā)現(xiàn)或?qū)⒋偈寡芯咳藛T更審慎地利用iPS細(xì)胞開展干細(xì)胞研究及臨床應(yīng)用。

　　原文檢索：

　　Gore, A. et al. Somatic coding mutations in human induced pluripotent stem cells. Nature 471, 63–67 （2011）

　　ArticleHussein, S. M. et al. Copy number variation and selection during reprogramming to pluripotency. Nature 471, 58–62 （2011）

　　ArticleLister, R. et al. Hotspots of aberrant epigenomic reprogramming in human induced pluripotent stem cells. Nature 471, 68–73 （2011）

　　在*篇文章中，Gore等針對來自7個實驗室利用5種不同方法誘導(dǎo)人類成纖維細(xì)胞生成的22種iPS細(xì)胞系進(jìn)行了外顯子組測序。研究人員在這些iPS細(xì)胞中確認(rèn)了124個點突變，由此他們推測出每個iPS細(xì)胞基因組中約存在6個編碼區(qū)突變。值得注意的是，他們鑒別了多個有可能改變蛋白質(zhì)功能的錯義突變，同時發(fā)現(xiàn)一些點突變富集于與癌癥相關(guān)的基因中。研究人員利用超深度測序（ultradeep sequencing）證實約一半的突變以低水平存在于起源的成纖維細(xì)胞群中，而另一半則發(fā)生在重編程過程中或之后。作者們認(rèn)為這些突變負(fù)荷有可能是在重編程和培養(yǎng)過程中受到了選擇作用而并非重編程固有誘變作用的影響。

　　在第二篇論文中Hussein及同事研究了iPS細(xì)胞的基因組完整性。利用一種高分辨單核苷酸多態(tài)性（SNP）分析技術(shù)平臺，他們比較了大量人類胚胎干細(xì)胞（ESC）系、人類iPS細(xì)胞系以及起源的成纖維細(xì)胞系之間存在的拷貝數(shù)變異（CNV）的差異。研究人員證實相對于胚胎干細(xì)胞，iPS細(xì)胞有著更多的拷貝數(shù)變異，然而隨著細(xì)胞傳代這些變異數(shù)量逐漸減少。作者們證實在重編程過程中高比例地形成CNVs導(dǎo)致了早期幾代iPSC細(xì)胞群中的遺傳鑲嵌現(xiàn)象。在細(xì)胞增殖過程中，快速選擇淘汰了具有大量CNVs的細(xì)胞，從而使得iPSCs在晚期幾代中逐漸與胚胎干細(xì)胞相似。然而，作者謹(jǐn)慎地表示某些CNVs有可能為細(xì)胞提供了選擇利益。

　　在第三篇論文中，Lister等利用鳥槍法測序技術(shù)以單堿基分辨率在iPSCs, ESCs,體細(xì)胞以及由多能細(xì)胞分化的細(xì)胞中進(jìn)行了全基因組DNA甲基化測定。研究人員發(fā)現(xiàn)盡管iPSCs和ESCs的甲基化組存在大量相似之處，然而研究的5個iPS細(xì)胞系與ESCs還是有著顯著的差異，某些差異甚至在分化后持續(xù)存在。而iPSCs之間的差異則體現(xiàn)在細(xì)胞中的甲基化標(biāo)記上,這些甲基化標(biāo)記代表了起源的體細(xì)胞類型的“記憶”效應(yīng)以及其他一些iPSC特異性改變。值得注意的是這些細(xì)胞系之間顯示出了差異的甲基化區(qū)域（表明某些區(qū)域尤其易于發(fā)生異常的重編程）。在著絲粒和端粒附近的巨堿基區(qū)域顯示了非CG序列甲基化改變，與轉(zhuǎn)錄及組蛋白甲基化中的改變相關(guān)。

　　除了強(qiáng)調(diào)研究人員需要更仔細(xì)地鑒定iPS細(xì)胞系的特征，這些研究還針對細(xì)胞分裂和培養(yǎng)的相對影響，以及重編程中固有的分子事件提出了一些有趣的問題。