人诱导多能干细胞分化潜能的早期预测及其在黑素细胞生成中的应用

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目的:大量研究表明不同诱导多能干细胞(iPS细胞)株具有不同的分化潜能。我们在实验中同样发现,即使在相同的分化条件下,相同来源的不同iPS细胞株向黑素细胞的分化能力仍存在显著差异。若能在分化早期对这种潜能进行预测,即可节省大量时间和精力。因此,本研究旨在建立一种简单有效的预测系统,即在拟胚体(EB)早期阶段确定预测参数,用于iPS细胞株分化方向的判断,以快速筛选最佳的iPS细胞株用于特定谱系的分化。
  方法:选择四株不同iPS细胞,首先,比较四株iPS细胞干性基因和蛋白的表达水平及其在体内构建畸胎瘤时形成三胚层组织结构的能力,检测其多能性。其次,比较四株iPS细胞所形成的EB形态及EB维持培养的时间,并检测其在EB阶段三胚层特征性基因和蛋白的表达差异,确定早期预测分化潜能的参数。最后,比较各株iPS细胞向黑素细胞分化的能力差异,通过对细胞形态、维持传代、黑素相关基因和蛋白的表达水平的比较,来验证这些预测参数的有效性。
  结果:(1)四株iPS细胞(iPSC-1/4/5/6)在表达干性基因和干性相关蛋白的方面未见明显差异,且均可于小鼠体内形成畸胎瘤;
  (2)iPSC-1/4来源的EB形态规则、光滑且无腔隙形成,iPSC-5/6形成的EB中存在明暗腔隙;EB-1/4较EB-5/6更能长期维持培养;
  (3)EB-1/4高表达外胚层相关基因的同时低表达中、内胚层基因,EB-5高表达三个胚层相关基因,EB-6高表达中、内胚层基因,但低表达外胚层基因;
  (4)分化阶段,EB-1/4分化出大量树突样细胞,而EB-5/6未分化出树突样细胞,这类树突样细胞与正常人表皮黑素细胞(HEM细胞)具有相似的特征。
  结论:具有良好的EB的形成和维持能力,同时表达高水平外胚层标记物且表达低水平中、内胚层标记物的iPS细胞株向黑素细胞分化的能力更强。因此,优质EB的形成和维持能力,以及胚层特异性标记物的表达水平能够用以早期预测iPS细胞的分化潜能。
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