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Nature:构建出英国最大的人诱导性多能干细胞库,揭示出常见基因变异


2017年5月11日---在一项新的研究中,一个包括英国韦尔科姆基金会桑格研究所在内的联盟构建出英国最大的高质量的源自健康人的人诱导性多能干细胞(induced pluripotent stem cell, iPSC, iPS细胞)库。这个iPS细胞库包含上百种干细胞系。在经过全面地标注之后,这些干细胞系可供独立研究,是科学家们研究人发育和疾病的一种强大的资源。相关研究结果于2017年5月10日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Common genetic variation drives molecular heterogeneity in human iPSCs”。

通过与英国伦敦国王学院、欧洲生物信息研究所、邓迪大学和剑桥大学合作,这项研究也史无前例详细地探究了这些来自健康人的干细胞系之间存在的大量变异。

技术进步使得获得一种成体细胞并利用特定的生长条件让它返回到早期的胚胎状态成为可能。这会导致iPS细胞产生。iPS细胞能够变成体内的任何一种细胞类型。这些细胞有巨大的科学潜力用于研究癌症、阿尔茨海默病和心脏病等疾病的产生和影响。

然而,构建iPS细胞的过程是漫长的和复杂的,而且仅有少数实验室能够描述它们的细胞特征以便使得它们适合给其他的科学家们使用。

人诱导性多能干细胞计划(Human Induced Pluripotent Stem Cell Initiative, HipSci)利用标准化方法大规模地构建iPS细胞来研究健康人之间的差别。利用301名健康志愿者捐献的皮肤活组织构建参考干细胞库,并且构建来自每个人的多种干细胞系。

这些研究人员构建出711种干细胞系,并且获得关于它们的基因组、它们表达的蛋白和每个干细胞系的细胞生物学特征的详细信息。学术研究人员和产业人员能够获得HipSci产生的干细胞系和数据。

这个计划花了4年才完成。它需要很多不同专长的研究人员合作采用一种跨学科方法。

论文共同通信作者、韦尔科姆基金会桑格研究所研究员Daniel Gaffney博士说,“我们构建出来自健康志愿者的一种综合的高质量参照人iPS细胞系库。每种iPS细胞系得到广泛的研究,而且更广泛的研究界可得到这些细胞系和它们的标注数据。这种资源是研究人员构建出很多疾病的更好细胞模型的垫脚石,这是因为他们能够研究很多细胞类型(包括正常情形下无法获得的那些细胞)的疾病风险。”

通过构建来自每个健康人的一种以上的干细胞系,这些研究人员能够确定来自同个人的干细胞系类似性。

论文共同通信作者、伦敦国王学院研究员、HipSci副首席科学家Fiona Watt教授说,“很多构建干细胞的其他努力着重关注罕见疾病。在我们的研究中,我们构建出来自上百名健康志愿者的干细胞系来研究常见的基因变异。我们能够证实来自同一个人的多种iPS细胞系具有类似的特征,并且揭示出我们在iPS细胞系中观察到的高达46%的差异是由于个人之间的差异。这些数据将允许研究人员以健康人为参照研究疾病变异。”

论文共同通信作者、欧洲生物信息研究所研究员Oliver Stegle博士说,“仅当大规模地系统性地构建和描述这些干细胞系时,这项研究才可能得以开展。为了有助我们理解这些干细胞系之间的差异,我们在多种分子层面(从这些细胞系的基因组到它们的细胞生物学特征)上收集大量的数据。这种表型分析将为其他的科学家们提供一种巨大的资源。所产生的这些数据已有助更加清晰地了解一种典型的人iPS细胞看起来像什么。”

韦尔科姆基金会桑格研究所遗传学与分子科学主任Michael Dunn博士认为,正是多年来构建高质量的得到很好描述的人iPS细胞系资源才取得极其出色的结果,这有助在未来研究人基因对健康和疾病的影响,而且通过确保所有人都能公开地访问这种资源,这将为更多的重大发现铺平道路。

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参阅文献:

Helena Kilpinen, Angela Goncalves, Andreas Leha et al. Common genetic variation drives molecular heterogeneity in human ipsCs. Nature, Published online 10 May 2017, doi:10.1038/nature22403

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