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诱导多能干细胞和胚胎干细胞之间的差异:流行的“记忆”

标签:胚胎干细胞

尽管诱导多能干细胞在许多特征上与胚胎干细胞非常相似,但是在这些类型的细胞之间存在显着差异,包括在多能性基因表达的控制水平和将这些细胞移植到发育中的胚泡中以获得嵌合小鼠时存活生物的形成方面。已经证实,胚胎干细胞和诱导多能干细胞中CpG岛的甲基化水平相似。位于超过14,000个基因功能区的CpG岛的全基因组分析显示46个基因的甲基化水平存在差异。多能细胞中启动子区域的总CpG甲基化程度高于共细胞中


胚胎干细胞


我们比较了从与胚胎干细胞遗传上相同的材料获得的胚胎干细胞和诱导多能干细胞的两系。在获得嵌合动物的测试中,成功地从两系胚胎干细胞中获得了活体小鼠,而从诱导多能干细胞中未获得任何动物。仔细比较RNA转录物谱,发现诱导多能干细胞中印记的Dlk1-Dio3基因簇的转录明显低于胚胎干细胞系。发现在诱导多能干细胞系中关闭了包含对胎儿发育重要的基因的12号染色体区域。


还测试了60多个诱导多能干细胞样细胞系,在大多数情况下观察到了相似的结果。重要的是要注意,该基因簇已在许多诱导多能干细胞品系中被激活。随后,从这些品系获得活的嵌合小鼠。通过这种方式,这个烙印集群的状态使我们可以介绍诱导多能干细胞重编程的“有用性”的另一个特征。尽管在分子水平上存在某些差异,但诱导多能干细胞可以分化为定形内胚层的前体细胞,以开发用于内胚层病变组织的细胞疗法的方法。


假定除了可用于再生医学的潜在用途以外,人类胚胎干细胞和诱导多能干细胞还可用于模拟人类遗传性疾病。同时,即使在将这些细胞用作特定疾病的模型之前,也需要评估它们中染色体重排的存在,这限制了重新编程细胞的使用。揭示出诱导多能干细胞和胚胎干细胞的染色体特征存在显着差异。


诱导多能干细胞是从三名患有脆性X综合征(FX)的患者的皮肤细胞中获得的,其中观察到了智力低下。与来自FX综合征患者的胚胎干细胞相比,在同一患者的某些类型的分化细胞中,由于三联体重复的异常重复,FMR1基因的表达降低了。所示 诱导多能干细胞也包含突变的FMR1基因,尽管它具有多能性,但在重编程过程中不会改变。


由于这项研究,很明显,诱导多能干细胞并不总是适合于建模与表观遗传变化有关的疾病,包括印迹。在一项类似的工作中,分析了15个细胞系的基因组中的DNA甲基化模式-四个胚胎干细胞系,五个人诱导多能干细胞系以及从中获得这些诱导多能干细胞的组织,以及源于这两种干细胞的分化细胞中揭示了诱导多能干细胞和胚胎干细胞之间的显着差异。


诱导多能干细胞中染色体末端和中间附近的甲基化模式与从中获得它们的分化细胞相同。显然,与从胚胎获得细胞相比,重编程是获得多能状态的另一种方式。基于这些数据,可以得出结论,由重新编程的细胞形成某些类型的细胞可能存在限制。重新编程的干细胞具有表观遗传“记忆”这一事实与近期发表的比较通过核转移获得的诱导多能干细胞,胚胎干细胞和多能小鼠细胞的结果一致。结果表明,诱导多能干细胞含有残留的表观遗传标记,但是,可以通过长时间培养或使用重新排列染色质结构的特定试剂消除它们。还发现通过核转移获得的多能干细胞比诱导多能干细胞更有效地重编程表观遗传概况。


诱导多能干细胞不仅具有表观遗传的“记忆”,其重要的比较特征是存在与基因组不稳定相关的基因重复或缺失。使用对单个核苷酸取代进行基因分型的方法,将69个胚胎干细胞品系和37个诱导多能干细胞品系以及线性和原代人细胞培养物进行了比较。这项精心完成的工作的结果表明,一般而言,多能细胞和诱导多能干细胞在包含多能性基因和癌基因的基因组区域中容易出现重复积累,并且在肿瘤抑 制基因区域中也容易缺失。


许多研究人员将诱导多能干细胞和胚胎干细胞之间的差异与重编程方法本身以及基因组中病毒插入的存在联系起来。通过不使用病毒构建体的方法比较了人类胚胎干细胞和诱导多能干细胞的转录谱,结果表明胚胎干细胞和诱导多能干细胞的转录谱通常相似,但是存在无法通过病毒整合到基因组中来解释的差异。


为什么使用胚胎干细胞存在争议

为什么使用胚胎干细胞存在争议

胚胎干细胞是从早期胚胎中获得的,早期胚胎是在体外受精诊所中用男人的精子对女人的卵子进行受精时形成的一组细胞。由于人类胚胎干细胞是从人类胚胎中提取的

2020-12-10

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