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分化能力の低い多能性幹細胞には、DNA複製が不完全にプログラムされていることがわかった
Pluripotent stem cells with low differentiation potential contain incompletely reprogrammed DNA replication.
PMID: 32673399 DOI: 10.1083/jcb.201909163.
抄録
再プログラムされた多能性幹細胞（PSC）は、研究や細胞置換療法のために貴重なものである。しかし、再プログラムされた造血幹細胞のうち、発生能力のあるものはごく一部にすぎません。ゲノムの安定性と正確なDNA合成は、細胞の発生に不可欠であり、安全性を確保するためにも重要である。我々は、DNA複製の欠陥がゲノムの不安定性と再プログラムされた造血幹細胞の多様な分化の可能性に寄与しているかどうかを分析した。ユニークな単一分子アプローチを用いて、体細胞核移植（NT-hESCs）または定義された因子（iPSCs）のいずれかの異なるリプログラミングアプローチによって生成された等原性造血幹細胞におけるDNA複製を可視化した。分化能の低い造血幹細胞では、DNA複製が不完全にリプログラミングされ、複製ストレス時にゲノムの不安定性が増加した。DNA複製のリプログラミングはDNAメチル化とは相関しなかった。その代わり、DNA複製が不完全にプログラムされている造血幹細胞では、複製の起源が少なく、DNA切断の頻度が高いことがわかった。エラーのないDNA合成が造血幹細胞のゲノムの完全性と分化能力に与える影響を考えると、DNA複製の解析は有用な品質管理ツールとなるかもしれない。
Reprogrammed pluripotent stem cells (PSCs) are valuable for research and potentially for cell replacement therapy. However, only a fraction of reprogrammed PSCs are developmentally competent. Genomic stability and accurate DNA synthesis are fundamental for cell development and critical for safety. We analyzed whether defects in DNA replication contribute to genomic instability and the diverse differentiation potentials of reprogrammed PSCs. Using a unique single-molecule approach, we visualized DNA replication in isogenic PSCs generated by different reprogramming approaches, either somatic cell nuclear transfer (NT-hESCs) or with defined factors (iPSCs). In PSCs with lower differentiation potential, DNA replication was incompletely reprogrammed, and genomic instability increased during replicative stress. Reprogramming of DNA replication did not correlate with DNA methylation. Instead, fewer replication origins and a higher frequency of DNA breaks in PSCs with incompletely reprogrammed DNA replication were found. Given the impact of error-free DNA synthesis on the genomic integrity and differentiation proficiency of PSCs, analyzing DNA replication may be a useful quality control tool.
© 2020 Paniza et al.