连续诱导重编程过程中积累的单核苷酸突变的动态变化

诱导多能干细胞（iPS细胞）的建立是近年来生命科学领域的一大突破，由日本科学家山中伸弥利用胚胎干细胞中高表达的4个转录因子转化后建立。转化的成体细胞，经重编程可回复为未分化的多能状态。因iPS细胞具有类似胚胎干细胞的分化潜能，具有发育成各种成体组织以及个体的能力，因此在再生医疗领域有着光明的应用前景。但是因为iPS细胞整合有外源的转录因子，iPS细胞的安全性一直是业界争论的焦点，从而限制了iPS细胞在临床领域的应用，为此对iPS细胞的安全性和遗传风险进行科学评估十分必要。

近日，中国科学院北京基因组研究所精准基因组医学重点实验室蔡军研究组，与同济大学生命科学与技术学院教授高绍荣研究组和中国农业大学动物科技学院教授田见晖研究组展开合作研究，基于前期建立的iPS细胞连续诱导重编程系统，通过二代测序和生物信息分析，从基因组水平揭示了iPS小鼠活力逐代降低的原因，确立了基因突变对iPS细胞发育潜能的影响，为iPS细胞的安全应用提供了遗传学指导。相关研究成果发表在Nature Communications期刊。

该研究通过四倍体囊胚补偿的方法，建立了连续六代诱导重编程系统，每次重编程对应一代iPS细胞以及由其发育而成的iPS小鼠，系统中iPS小鼠活力随着重编程的次数逐代降低，为研究iPS细胞的安全性提供了良好模型。通过对连续的各代样品进行基因组测序分析，发现iPS小鼠活力降低伴随着大量单核苷酸突变（SNVs）的积累，对这些SNVs的功能分析发现，因为碱基突变导致的异常表型与致死小鼠的组织病理信息一致，从而证明连续诱导重编程过程中产生的SNVs会影响iPS细胞的发育潜能，继而影响到由iPS细胞发育而来的个体以及组织的活力和生物学功能。

进一步的微滴数字PCR实验表明，积累的SNVs部分产生于个体发育过程中，而经过诱导重编程后，单细胞特异的遗传突变在克隆膨胀后在续细胞中稳定存在下来。该研究科学评估了影响iPS细胞安全性的遗传风险来源，为后续iPS细胞应用时，成体细胞的来源提供参考。此外，研究中发现的多能干细胞特有的逆转座子缺失现象也值得后续深入研究和关注。