细胞干细胞:陈团队基于人诱导多能干细胞构建研究平台

来源：生物世界2022-10-11 10336039

全基因组关联研究(Genome-Wide Association Studies)是指在基因组水平上分析大量样本与复杂疾病和性状之间的关联，从而全面分析疾病发生发展的机制。

全基因组关联研究(Genome-Wide Association Studies)是指在基因组水平上对大量样本与复杂疾病和性状进行关联分析，从而全面分析疾病的发生发展机制，筛选出与疾病相关的致病基因和突变位点，即单核苷酸多态性(SNPs)。在GWAS分析中，为了反映所分析疾病的基因结构和性状，研究人员往往需要收集大量的相关样本，因此这类研究一般要消耗大量的经济和人力成本。此外，由于从传染病患者中收集样本的挑战以及缺乏来自健康对照的明确定义的样本，与传染病相关的GWAS的研究非常具有挑战性。

与此相比，基于细胞培养的实验平台，由于其可控性，可以大大减少生活习惯、饮食、环境等造成的个体间差异。因此，GWAS研究可以用相对较小的样本量进行，并且可以为传染病的研究提供一个安全的实验平台和新的分析结果。

2022年10月6日，康奈尔大学威尔医学院的陈教授和韩玉玲博士发表了一篇研究论文，题为：一个基于人类ipsc阵列的gwas识别了ndufa 4基因和功能变体中的一个病毒易感位点。

本研究首次建立了基于人类诱导多能性(hiPSCs)的全基因组关联研究(GWAS)研究平台，并鉴定了一系列与ZIKV病毒感染相关的单核苷酸多态性(SNPs)和调控基因NDUFA4，深入研究了NDUFA4正调控病毒感染的分子机制。

与传统GWAS研究中使用的淋巴细胞系相比，诱导多能干细胞(iPSCs)的基因组更加稳定，能够真实反映个体的遗传信息。此外，iPSCs可以分化成各种疾病相关的细胞类型，可以更好地模拟GWAS相关疾病。最后，基于CRISPR的基因编辑技术可以将基因敲除或SNP定点突变引入iPSCs，可以为GWAS研究中识别的疾病相关SNP和基因的功能验证提供高通量平台。

在最新的研究中，该小组筛选了77个hiPSCs细胞系，以了解它们对ZIKV感染的敏感性。结果显示，不同个体的iPSCs对寨卡病毒的敏感性不同。结合GWAS分析，研究小组确定NDUFA4及其相关SNPs与ZIKV感染的易感性相关。为了研究NDUFA4在病毒感染中的功能，团队通过CRISPR-Cas9编辑hiPSC，构建NDUFA4-/-iPSCs，携带无风险等位基因(T/T；T/T)和风险等位基因(G/G；C/C)和NDUFA4 iPSCs，它们敲除了NDUFA4的顺式调控区，以便研究NDUFA4、SNP(rs917172和rs12386620)和NDUFA4的顺式调控区在ZIKV感染中的确切作用。研究小组发现，在不同的iPSCs中，NDUFA4的表达与ZIKV的感染程度呈正相关。此外，研究小组将IPSCs分化为与ZIKV感染相关的脑器官，发现不同iPSCs分化的脑器官中ZIKV的易感性与不同iPSCs一致，体现为NDUFA4敲除或低表达(T/T；T/T)和敲除NDUFA4顺式调控元件，病毒感染水平显著下降。

除了ZIKV，研究小组还发现，NDUFA4的缺失或减少也可以导致登革热病毒(DENV)等其他黄病毒的减少。利用iPSCs分化的肺器官，研究小组还发现，NDUFA4的缺失或减少也导致了新冠肺炎(新型冠状病毒)感染水平的降低。比较健康人和患者肺组织的转录组结果，发现新冠肺炎患者肺组织中NDUFA4的表达水平高于未感染患者。机制研究表明，NDUFA4的缺失或减少可诱导线粒体应激和线粒体DNA在细胞质中的渗漏，导致先天系统识别多余的线粒体DNA，诱导I型干扰素信号通路上调，阻断病毒感染。

本研究首次构建了基于hiPSCs的GWAS研究平台。该平台快速、高效、低成本，不太依赖样本数量，可以系统评估基因变异与疾病的关系。该研究还确定了NDUFA4及其相关位点/调控元件在病毒感染中的作用和机制。

美国康奈尔医学院韩玉玲博士、中国科学院深圳高等研究所博士、凯萨琳癌症中心博士、美国康奈尔医学院杨博士和美国纽约大学Lucia Carrau为论文合著者，美国康奈尔医学院陈教授为论文通讯作者。

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