ラーニングコーナー

2019/08/01

hPSCの核型異常を考える(2019年ISSCRでの一つの問題提起)

  • 用途別細胞培養

再生医療に向けてヒト多機能性幹細胞 (hPSC) の分化誘導体を使用した臨床応用が進む中で、hPSCの品質やGenome Integrityに新たな焦点が当てられております。近年懸念されているのがhPSCのゲノム安定性(genomic stability)についてです。hPSCのゲノムはnon-randomかつ散発的に核型異常が発生しますが、これらの背景にあるメカニズムについては未だに解明されてはおりません。hPSCの核型異常に関する最新の知見とどのように核型異常の影響を抑えていくかについてご紹介していきます。

hPSCにおいての核型異常頻度

hPSCにおいてどのくらい核型異常がおきているのか?

2019の6月から7月に開かれた ISSCRにおいて、WiCell Research Instituteから、Cell Bankに保存されている細胞株に関する知見が紹介されました。検討した839細胞のうち285株が品質基準を満たさず。285株のうち61 %に当たる核型異常起きていたとの報告がありました。(図:左)2011年のISCIの報告では、長期培養中の136 株のhPSCでは20.0%の核型異常が確認されております。(図:右)

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図:左)D. Felkner. et al. 2019. ISSCR. Human pluripotent stem cell quality: A scientific wake‐up call.

https://www.wicell.org/media.acux/c1efdf25-89b1-4df5-8508-9d74687130ef.

図:右)International Stem Cell Initiative et al. 2011より

核型異常報告

hPSCにおいて報告されている核型異常とは?

hPSCにおいて最も影響を受けやすい染色体は、1、8、10、12、17、18、20 、Xとの報告があります。以下の図では、既知の核型異常の原因となる変異について紹介しております(Baker D et al. 2016)。hPSCにおいて染色体1、12、17、20 の重複、もしくは、染色体10、18、22における配列の欠損は核型異常を持つ細胞が増殖することにおいて有利となります(Olariu, V. et al. 2010)。

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Baker, D. et al. 2016

解析手法

細胞(hPSC)の核型異常を検出するためにどのようなアッセイが有効なのか?

G-バンド、fluorescence in situ hybridization (FISH) 、マイクロアレイ、NGS、 qPCRなどのそれぞれの手法についてまとめました(下表)。
解析手法によって一長一短があります。

ヒトiPS細胞(WLS-4D)の染色体20qにおける重複のようにhPSC Genetic Analysis Kitやin situハイブリダイゼーションによって検出されるがG-バンドでは検出されないものもあります。

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*% based on standard methods (number of cells counted)

hPSC Genetic Analysis Kit

STEMCELL Technologies社が提供するhPSC Genetic Analysis Kitではこれまでの下記のような研究者の課題を解決します。

・維持培養 : 数継代毎にしたいのに…

・論文用の実験前  : 論文を出す前に早めに確認しておきたい…

・ゲノム編集前後  : ゲノム編集に由来しない変異が入ったら大変…

・他のチェック前に : G-Band や NGS などに複数サンプルを出すのはコストが…

hPSC Genetic Analysisは上記の課題を解決します

TARGETED : ヒト ES/iPS で報告されている核型異常の約75%をカバー

Time-EFFECTIVE : 短時間で頻繁にスクリーニング可能(20 sample / kit)

RAPID : 細胞回収から結果まで 3 時間

CONVENIENT : 便利な On-lineツールで遺伝子解析

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hPSC Genetic Analysis Kit ST-07550

hPSC Genetic Analysis Kit

参考文献

・Andrews PW et al. (2017) Assessing the safety of human pluripotent stem cells and their derivatives for clinical applications. Stem Cell Reports 9(1): 1-4.

・International Stem Cell Initiative et al. (2011) Screening ethnically diverse human embryonic stem cells identifies a chromosome 20 minimal amplicon conferring growth advantage. Nat Biotechnol 29(12): 1132-44.

Baker D et al. (2016) Detecting genetic mosaicism in cultures of human pluripotent stem cells. Stem Cell Reports 7(5): 998-1012

Olariu, V. et al. (2010). Modeling the evolution of culture-adapted human embryonic stem cells. Stem Cell Res. 4, 50–56.

Avery, S et al. (2013). BCL-XL mediates the strong selective advantage of a 20q11.21 amplification commonly found in human embryonic stem cell cultures. Stem Cell Rep. 1, 379–386.

・Barbaric I et al. (2014) Time-lapse analysis of human embryonic stem cells reveals multiple bottlenecks restricting colony formation and their relief upon culture adaptation. Stem Cell Reports 3(1): 142-55.

・Merkle F et al. (2017) Human pluripotent stem cells recurrently acquire and expand dominant negative P53 mutations. Nature 545(7653): 229-33.

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