诱导多能干细胞(iPSCs)是一类由成体细胞诱导产生的多能干细胞,它和胚胎干细胞(ESCs)相似具有无限再生能力和分化能力,因此在再生医学、疾病模型和药物筛选等方面都有巨大的应用前景。2006年日本科学家山中伸弥从24个因子中,用递减法筛选到Oct4,Sox2,K1f4和c-Myc四因子(OKSM)组合,成功的将小鼠体细胞诱导为多能细胞。自此,科学家们陆续发现新的重编程因子。从核心因子Oct4被Nr5a2替换,到经典四因子均可被替换(Sall4, Esrrb,Lin28,Dppa2或Nanog),甚至不使用任何一个因子只用miRNA、蛋白或者小分子就可以成功得到iPSCs。这颠覆了人们起初核心因子不可替代的认识,人们对重编程机制的理解也逐步加深和改变。因此,更多重编程因子的发现对理解重编程机理和iPSCs更好的应用都有重要的指导意义。为此,本论文研究旨在建立一种快速简单、可在全基因组范围内寻找潜在的重编程相关基因的方法。主要研究结果如下：1. 基于piggyBac基因抓捕技术和二代测序技术,建立了一种可快速确定突变位点的正向遗传学筛选方法,用于全基因组范围内高通量的筛选重编程相关因子。2. 分别构建了piggyBac基因抓捕载体pFindl和两个三因子(OKS和KSM)载体,抓捕与重编程相关的基因,确定筛选方法的有效性。添加pFindl之后,本无法产生iPSCs克隆的KSM组,产生了边缘清晰具有立体感的克隆。通过piggyBac转座系统将抓捕元件随机整合到小鼠胚胎成纤维细胞(MEFs)基因组中,在OKS诱导重编程过程中pFIndl显著的提高了诱导效率。3. 本研究挑取了300个GFP阳性克隆,通过反向PCR方法鉴定转座插入位点的序列,比对基因组数据库确定抓捕到的基因,发现许多已知的重编程因子,或者是相关家族的基因(Nr6a1、Nr5a1、Klf5、Smarcad1、Sox2、Mycbp2、Mir205等),这证明了本研究抓捕到与重编程相关的基因。通过进一步大量实验,对50万个克隆突变群体进行建库和二代测序,并对测序数据进行分析,绘制了全基因组突变的热点图谱和全基因组重编程基因相关性列表。研究发现热点图谱中最高频的区域是IFN基因座。4. 通过在全基因组突变的热点图谱和重编程基因相关性列表中最高频的1000个基因进行KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)分析,发现这1000个基因集中地分布在先天免疫相关通路上,如细胞质DNA感受通路、Toll样受体信号通路、RIG-I样受体信号通路等。部分基因分布在癌症和肿瘤相关的通路和己知的与对重编程起重要作用的通路上,比如JAK。STAT信号通路,Notch信号通路等。这些研究显示以IFN为代表的先天免疫通路可能在体细胞重编程过程中起了重要作用。5. 验证不同来源的IFN对人和小鼠成纤维细胞的重编程作用。发现在合适的剂量时,人IFNalb对人成纤维细胞重编程有显著促进作用；小鼠IFNa在浓度50 U/ml时对小鼠成纤维细胞重编程效率有明显促进作用,重编程效率提高25%；小鼠IFNy在浓度200 U/ml时,对小鼠成纤维细胞重编程效率有显著促进作用,提高iPSCs诱导效率2.1倍。进一步研究发现IFN对重编程的作用具有剂量效应,合适浓度促进重编程,高浓度抑制重编程。IFN的验证进一步证明了大规模筛选体系的科学有效性。