Nature三篇文章：iPS细胞的遗传缺陷

　　

生物通报道  2006年日本科学家山中申弥利用病毒载体将四个转录因子（Oct4，Sox2，Klf4和c-myc）的组合转入分化的体细胞中，使其重编程而得到了类似胚胎干细胞的一种细胞类型——诱导多能干细胞（iPS cells）。这种通过将完全分化的体细胞重编程，不经胚胎阶段而直接逆转至多能干细胞状态的iPS 细胞一度被视为最有希望运用到再生医学及新药开发的重要资源，为人类各种遗传性及功能性疾病的研究和治疗带来了新希望。然而近几个月来，陆续有一些研究团体报道发现iPS 细胞存在着重编程错误及基因组不稳定性的缺陷，这些缺陷将有可能导致iPS 细胞的临床治疗潜能受到限制。

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近日国际著名生物学期刊《自然》（Nature）杂志同期发表了三篇论文分别针对iPS细胞的点突变、拷贝数变异及DNA甲基化特征进行了研究，新研究发现或将促使研究人员更审慎地利用iPS细胞开展干细胞研究及临床应用。

原文摘要：
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)

在第一篇文章中，Gore等针对来自7个实验室利用5种不同方法诱导人类成纤维细胞生成的22种iPS细胞系进行了外显子组测序。研究人员在这些iPS细胞中确认了124个点突变，由此他们推测出每个iPS细胞基因组中约存在6个编码区突变。值得注意的是，他们鉴别了多个有可能改变蛋白质功能的错义突变，同时发现一些点突变富集于与癌症相关的基因中。研究人员利用超深度测序（ultradeep sequencing）证实约一半的突变以低水平存在于起源的成纤维细胞群中，而另一半则发生在重编程过程中或之后。作者们认为这些突变负荷有可能是在重编程和培养过程中受到了选择作用而并非重编程固有诱变作用的影响。

在第二篇论文中Hussein及同事研究了iPS细胞的基因组完整性。利用一种高分辨单核苷酸多态性（SNP）分析技术平台，他们比较了大量人类胚胎干细胞(ESC)系、人类iPS细胞系以及起源的成纤维细胞系之间存在的拷贝数变异（CNV）的差异。研究人员证实相对于胚胎干细胞，iPS细胞有着更多的拷贝数变异，然而随着细胞传代这些变异数量逐渐减少。作者们证实在重编程过程中高比例地形成CNVs导致了早期几代iPSC细胞群中的遗传镶嵌现象。在细胞增殖过程中，快速选择淘汰了具有大量CNVs的细胞，从而使得iPSCs在晚期几代中逐渐与胚胎干细胞相似。然而，作者谨慎地表示某些CNVs有可能为细胞提供了选择利益。

在第三篇论文中，Lister等利用鸟枪法测序技术以单碱基分辨率在iPSCs, ESCs,体细胞以及由多能细胞分化的细胞中进行了全基因组DNA甲基化测定。研究人员发现尽管iPSCs和ESCs的甲基化组存在大量相似之处，然而研究的5个iPS细胞系与ESCs还是有着显著的差异，某些差异甚至在分化后持续存在。而iPSCs之间的差异则体现在细胞中的甲基化标记上,这些甲基化标记代表了起源的体细胞类型的“记忆”效应以及其他一些iPSC特异性改变。值得注意的是这些细胞系之间显示出了差异的甲基化区域（表明某些区域尤其易于发生异常的重编程）。在着丝粒和端粒附近的巨碱基区域显示了非CG序列甲基化改变，与转录及组蛋白甲基化中的改变相关。

除了强调研究人员需要更仔细地鉴定iPS细胞系的特征，这些研究还针对细胞分裂和培养的相对影响，以及重编程中固有的分子事件提出了一些有趣的问题。

（生物通：何嫱）