背景與目的誘導性多能干細胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs)和胚胎干細胞(embryonic stem cells,ESCs)具有許多共同特征,包括相似的形態(tài)、基因表達和體外分化譜。然而,iPSCs的基因組穩(wěn)定性遠低于ESCs。在本研究中,我們研究了iPSCs中DNA損傷修復的改變是否為其具有更大誘變傾向的原因。方法將小鼠iPSCs、ESCs和胚胎成纖維細胞暴露于電離輻射(4 Gy),導致雙鏈DNA斷裂。照射4 h后使用全基因組重測序評估DNA損傷修復的保真度。我們還分析了分別源自iPSCs或ESCs的小鼠的基因組穩(wěn)定性。結果照射后,與胚胎干細胞和胚胎成纖維細胞相比,iPSCs具有較低的DNA損傷修復能力,有更多的體細胞突變和短片段插入缺失。iPSCs有更多的非同源末端連接DNA修復和更少的同源重組DNA修復。源自iPSCs的小鼠比ESCs小鼠以及C57對照小鼠的DNA損傷修復能力更低。結論本研究結果部分表明,iPSCs的低基因組穩(wěn)定性及其在體內(nèi)的高致瘤性是由DNA損傷修復的低保真度所致。

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【部分圖文】：

圖3暴露或不暴露于電離輻射中的細胞在指定時間的基因表達水平

我們的研究表明，iPSCs的表觀遺傳狀態(tài)可能有助于或調(diào)節(jié)其基因組不穩(wěn)定性。iPSCs中H3K9me3和磷酸化ATM水平的變化可能意味著細胞對DNA損傷修復通路的依賴性不同，因此其保真度不同。未來的研究應進一步研究表觀遺傳學和其他因素在iPSC基因組不穩(wěn)定性中的潛在影響。圖4DN....

圖4DNA修復相關蛋白的磷酸化水平

圖3暴露或不暴露于電離輻射中的細胞在指定時間的基因表達水平今后的工作還需要探究干細胞的內(nèi)在或外在因素在多大程度上決定了惡性轉(zhuǎn)化的風險。Tomasetti等[62]發(fā)現(xiàn)某些組織中的癌癥風險與干細胞所經(jīng)歷的分裂數(shù)密切相關，表明基因組突變的積累主要導致腫瘤發(fā)生的高風險。相反，另一項研....

圖1ESCs、lv-iPSCs和MEFs的基因表達譜

RNA-seq分析結果顯示，lv-iPSCs與ESCs的基因表達譜相似，但與MEF的基因表達譜不相似（圖1a），表明iPSC具有多能性。由于基因組穩(wěn)定性取決于DNA損傷修復，我們分析了DNA損傷修復途徑相關基因的表達情況。在lv-iPSCs和ESCs之間沒有發(fā)現(xiàn)這些基因在表達上....

圖2電離輻射后每個細胞系的基因組變異情況

電離輻射可能會改變lv-iPSCs中某些基因的表達，進而產(chǎn)生高突變率。為明確這一點，我們比較了輻射細胞和對照細胞的RNA-seq分析結果，發(fā)現(xiàn)無論是否輻射，都有相似的基因表達譜（圖3a）。事實上，輻射似乎只上調(diào)了ESCs中的46個基因和lviPSCs中的30個基因（圖3b）。與l....

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