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目的 本实验室前期研究中发现,1株核型为45,XO绒毛细胞经重编程后核型变为46,XX的iPSC细胞株,本研究拟对此细胞株X染色体源性、状态和功能进行鉴定,并初步探讨其核型发生改变的相关机制,为进一步研究 X染色体功能及特纳综合征的发病机制提供实验数据。 方法 1.将4株核型为45,XO的绒毛细胞(TS1,TS2,TS3,TS4)和2株核型正常的绒毛细胞进行(WT1,WT2)重编程,并采用荧光定量 PCR、免疫荧光原位杂交染色、碱性磷酸酶染色、体内外分化能力鉴定等进行iPSC生物学性质验证。 2.对重编程后iPSC进行核型分析,并统计不同核型的细胞数量,免疫荧光原位杂交染色验证X染色体数量并统计不同X染色体数的细胞数量,各组细胞对比重编程前后其核型和X染色体数的变化情况。 3.采用 STR和 SNP芯片技术对重编程后核型改变的TS1-iPSC和TS1-ep-iPSC细胞系进行细胞源性和X染色体源性分析。 4.通过荧光定量PCR和免疫荧光原位杂交染色技术方法对重编程后核型改变的TS1-iPSC的X染色体的功能和状态进行鉴定。 5.采用全基因表达谱芯片技术、荧光定量 PCR对比 TS1细胞、其它 TS(TS2,TS3,TS4)细胞、和正常对照组细胞在基因表达上的差异,并用转录组学分析其相关机制。 结果 1.4株45,XO绒毛细胞仅1株绒毛细胞(TS1)在重编程过程中发生核型改变现象,即重编程后iPSC核型成46,XX(TS1-iPSC);其余3株(TS2,TS3,TS4)45,XO绒毛细胞在重编程后核型保持不变,且均未发现有核型为46,XX的细胞存在。 2.STR和SNP基因分型结果提示TS1-iPSC和TS1-ep-iPSC均来源于TS1绒毛细胞,且其X染色体为单亲同二体。 3.TS1-iPSC中1条 X染色体处于失活状态,可能在重编程早期阶段经历XCI。 4.TS1-iPSC的重编程效率、干细胞生长状态和群体倍增时间与正常对照组iPSC(WT1,WT2)无明显差异,正常对照组iPSC(WT1,WT2)和TS1-iPSC的重编程效率显著高于其它TS-iPSC(TS2,TS3,TS4),群体倍增时间明显短于其它TS-iPSC(TS2,TS3,TS4),干细胞生长状态明显好于其它TS-iPSC(TS2,TS3,TS4)。 5.全基因组基因表达散点图提示:TS1-iPSC全基因组基因的表达水平和正常对照组相似,其中X染色体上CSF2RA基因和ZFX基因表达水平和正常对照组无显著差异,其它 TS-iPSC( TS2,TS3,TS4)全基因组基因的表达水平和TS1-iPSC及正常对照组有显著差异,且其CSF2RA基因和ZFX基因表达水平仅为正常对照组的一半,但MECP2基因的表达水平各组间无显著差异。 6.转录组学分析结果显示:其它 TS(TS2,TS3,TS4)绒毛细胞的细胞周期相关基因富集,与正常对照组绒毛细胞及 TS1绒毛细胞在细胞周期相关基因的表达水平上存在显著差异,特别是纺锤体和解凝聚检验点的基因表达量,其荧光定量PCR结果显示:其他TS(TS2,TS3,TS4)绒毛细胞明显高于正常对照组与TS1组绒毛细胞;但重编程后,其他 TS-iPSC(TS2,TS3,TS4)纺锤体和解凝聚检测点基因表达量,明显低于TS1-iPSC及正常对照组iPSC(WT1, WT2), TS1-iPSC在重编程前后其纺锤体和解凝聚检测点基因表达均与正常对照iPSC(WT1,WT2)无明显差异。 结论 1.本研究发现1株核型45,XO绒毛细胞在重编程后发生核型改变现象,这种现象可能为补偿性UPD。 2.4株45,XO绒毛细胞仅1株在重编程中发生核型改变,提示这种核型变化并非普遍现象,且与其初始核型无直接相关性。 3.获得X染色体单亲同二体的TS1-iPSC,其某些细胞功能接近甚至达到正常核型细胞水平。 4.重编程中发生的iUPD(X)现象机制可能与自身细胞周期相关基因表达相关,特别是纺锤体检验点和解凝聚检验点基因表达水平可能是引起重编程核型改变的重要因素。 重编程技术可能为染色体异常疾病的治疗提供新的思路。