سلول­های بنیادی پرتوان القایی بحث برانگیز انسانی (hiPSCها)، که به­واسطه­ی برنامه­ریزی مجدد سلول­های سوماتیکی از طریق القای بیان Oct4، Sox2، Klf4 و c-myc  به­دست می­آیند، از نظر فنوتیپی با سلول­های بنیادی جنینی موش (ESCها) متفاوت هستند. در موش­ها، کشت در محیط عاری از سرم 2i (مهارکننده­های گلیوکوژن سنتاز کیناز و کیناز تنظیم شده با سیگنال خارج سلولی/ پروتئین کیناز فعال شده با میتوژن، PD0325901 و CHIR99021) به علاوه­ی فاکتور مهاری لوسمی (LIF) (2i+ LIF medium)، باعث غنی شدن ESCهای مستعد و پرتوان می­شوند. در این مطالعه، ما نشان دادیم که کلنی­های hiPSC با شکلی پهن و مسطح می توانند با استفاده از محیط 2i+LIF به سلول­های بنیادی چندتوان (2i-hiPSCs) کاسه­ای شکل تمایز یایند. جداسازی مکانیکی کلنی­های 2i-hiPSC، حفظ و نگهداری پایدار آن­ها تا بیش از 20 پاساژ امکان­پذیر می­کند. مهم­تر اینکه، تعیین پروفایل بیانی ژن­ها نشان داد که 2i-hiPSCها به سلول­های بنیادی عصبی اولیه (PNSCs) شباهت بسیار نزدیکی دارند. نکته قابل توجه این است که این فنوتیپ القا شده توسط محیط 2i، در hiPSCهای مرسوم دیده شدند درحالیکه در ESCهای انسانی (hESCs) چنین فنوتیپی مشاهده نشد. این نتیجه با نتایج دیگری مانند مشاهده­ی کلنی­های مثبت از نظر ژن نورواکتودرمی Sox1 در hiPSCهای مرسوم و نه در hESCها در محیط 2i+LIF سازگار بود. بنابراین، 2i-hiPSCها که PNSCهای فاقد قدرت تشکیل تراتوما را تولید می­کنند، ممکن است ارائه­دهنده­ی منبع سلولی مطمئنی در زمینه­ی تحقیقات عصبی و طب ترمیمی  باشند.

 

 

Human and Mouse Induced Pluripotent Stem Cells Are Differentially Reprogrammed in Response to Kinase Inhibitors

Shogo Nagata,1,2,* Shinpei Yamaguchi,1,2 Masato Nakagawa,3 Keisuke Okita,3 Hidetoshi Kotera,2,4 Justin Ainscough,5 and Takashi Tada1,2

1Laboratory of Stem Cell Engineering, Institute for Frontier Medical Sciences, Kyoto University, Kyoto, Japan.

ABSTRACT

Conventional human induced pluripotent stem cells (hiPSCs), reprogrammed from somatic cells by induced expression of Oct4, Sox2, Klf4, and c-Myc, are phenotypically different from mouse embryonic stem cells (ESCs). In mice, culture in N2B27 serum-free 2i media (mitogen-activated protein kinase/extracellular signal-regulated kinase and glycogen synthase kinase 3 inhibitors; PD0325901 and CHIR99021) plus leukemia inhibitory factor (LIF) (2i+LIF medium) enriches for germline competent ESCs. Here, we demonstrate that flat-shaped hiPSC colonies can be reprogrammed into bowl-shaped multi-potent stem cells (2i-hiPSCs) by using 2i+LIF medium. Mechanical dissociation of 2i-hiPSC colonies enables stable maintenance for >20 passages. Importantly, gene expression profiling demonstrated that 2i-hiPSCs more closely resemble primitive neural stem cells (PNSCs). Notably, this 2i-induced phenotype was generated from conventional hiPSCs, but not human ESCs (hESCs), thus correlating with the observation of neuroectodermal SOX1-positive colonies in conventional hiPSCs, but not hESCs in 2i+LIF medium. Thus, 2i-hiPSCs, which are nonteratoma forming PNSCs, may represent a safe source of cells for neural research and regenerative medicine.