导读：来自约翰霍普金斯大学和美国国立人类基因组研究所（NHGRI）的研究人员组成的一个研究小组近期对人类骨髓细胞来源的iPS细胞展开了全基因组测序，并发现了一种可使干细胞转变过程中生成相对较少遗传改变的改良技术。这些研究结果发布在Cell Stem Cell杂志上。
著名华人干细胞专家程临钊教授
来自约翰霍普金斯大学和美国国立人类基因组研究所（NHGRI）的研究人员组成的一个研究小组近期对人类骨髓细胞来源的iPS细胞展开了全基因组测序，并发现了一种可使干细胞转变过程中生成相对较少遗传改变的改良技术。这些研究结果发布在Cell Stem Cell杂志上，并将于6月国际干细胞研究协会（ISSCR）的年度会议上公布相关细节。
领导这一研究的是著名华人干细胞专家程临钊（Linzhao Cheng）教授和美国国立人类基因组研究所的Paul Liu博士。程临钊教授目前就职于约翰霍普金斯大学，研究方向主要为胚胎干细胞维持多能性及向血细胞分化的分子机制，曾在Nature Biotechnology, Nature Medicine, Nature Genetics, Cell Stem Cell,等杂志发表原创论文60余篇。代表性研究成果有：建立了血细胞来源的造血系统疾病的iPS细胞系，利用锌指酶修复多能干细胞中的突变基因，人胚胎干细胞向滋养层分化的分子调控机制等。
“我们的结果表明人类iPS细胞与复制细胞产生遗传变异的比率是相同的，因此我们不认为这是一件令人担忧的事情，”程临钊博士说。
程临钊说细胞每分裂一次，均有机会发生错误，在DNA中掺入新的遗传改变。某些遗传改变可能是无害的，而另一些则有可能引起细胞行为改变导致疾病发生，在更严重的情况下甚至致癌。
在新研究中，科研人员发现来源成人骨髓细胞的iPS细胞包含的一些随机遗传改变并不会导致细胞特别倾向于形成癌症。
“过去很少有研究去测定干细胞中DNA改变的数量，由于现在全基因组测序变得越来越快速和廉价，我们能够更容易的评估通过不同的方法以及来源于不同组织的细胞的遗传稳定性，”程临钊说。去年，一项发布在《自然》（Nature）杂志上的研究表明由皮肤样本生成的iPS细胞具有比预期更高的癌基因突变率，这引起了人们对于这些细胞的有效性和安全性相关领域多方面的高度关注。新研究针对开启干细胞基因生成iPS细胞的病毒方法和改良的非病毒技术进行了分析。
为了更全面地评估用改良的非病毒方法生成的iPS细胞的遗传改变数量，程临钊研究小组通过开启特异的基因，给予特别的营养物质，首次将成人骨髓中的骨髓基质细胞(MSCs)转变生成了iPS细胞。研究人员随后分离出每种iPS细胞类型的DNA，进行全基因组测序，并与iPS细胞的起源细胞基因组序列进行了比对。
随后研究人员将每个细胞系中对比原始骨髓细胞的小DNA差异数量进行了计数。在每个基因组中约存在有1000-1800个核酸碱基A、C、T和G改变，然而却只有少量存在于作为蛋白质编码蓝图的DNA序列——即真正的基因中。这样的基因约占基因组2%的比例。 血源性的iPS细胞包含6个定位在基因中的DNA碱基改变， MSC衍生的iPS细胞包含12个。由此研究人员推断iPS细胞中的DNA改变更有可能发生在基因间区域，而非基因中。
Low Incidence of DNA Sequence Variation in Human Induced Pluripotent Stem Cells Generated by Nonintegrating Plasmid Expression
Linzhao Cheng, Nancy F. Hansen, Ling Zhao, Yutao Du, Chunlin Zou, Frank X. Donovan, Bin-Kuan Chou, Guangyu Zhou, Shijie Li, Sarah N. Dowey, Zhaohui Ye, NISC Comparative Sequencing Program, Settara C. Chandrasekharappa, Huanming Yang, James C. Mullikin and P. Paul Liu
The utility of induced pluripotent stem cells (iPSCs) as models to study diseases and as sources for cell therapy depends on the integrity of their genomes. Despite recent publications of DNA sequence variations in the iPSCs, the true scope of such changes for the entire genome is not clear. Here we report the whole-genome sequencing of three human iPSC lines derived from two cell types of an adult donor by episomal vectors. The vector sequence was undetectable in the deeply sequenced iPSC lines. We identified 1,058–1,808 heterozygous single-nucleotide variants (SNVs), but no copy-number variants, in each iPSC line. Six to twelve of these SNVs were within coding regions in each iPSC line, but ∼50% of them are synonymous changes and the remaining are not selectively enriched for known genes associated with cancers. Our data thus suggest that episome-mediated reprogramming is not inherently mutagenic during integration-free iPSC induction.
文献链接：https://www.cell.com/cell-stem-cell/abstract/S1934-5909%2812%2900007-0?script=true
