Neural differentiation of human induced pluripotent stem cells follows developmental principles but with variable potency

doi:10.1073/pnas.0910012107

.2010年3月2日；107(9):4335-40.

doi:10.1073/pnas.0910012107。 Epub 2010年2月16日。

人类诱导多能干细胞的神经分化遵循发育原则，但效力可变

Bao-Yang Hu公司¹, 杰森·P·威克, 于俊英, 李小马, 张晓青, 詹姆斯·汤姆森, 张素春

附属公司

PMID： 20160098
预防性维修识别码：项目经理2840097
DOI（操作界面）： 10.1073/pnas.0910012107

人类诱导多能干细胞的神经分化遵循发育原则，但效力可变

Bao-Yang Hu公司等。美国国家科学院程序. 2010.

.2010年3月2日；107(9):4335-40.

doi:10.1073/pnas.0910012107。 Epub 2010年2月16日。

作者

Bao-Yang Hu公司¹, 杰森·P·威克, 于俊英, 李小马, 张小青, 詹姆斯·汤姆森, 张素春

附属

¹威斯康星大学医学与公共卫生学院解剖系，威斯康星州麦迪逊威斯曼中心，邮编53705，美国。

PMID： 20160098
预防性维修识别码：项目经理2840097
DOI（操作界面）： 10.1073/pnas.0910012107

摘要

为了实现人类诱导多能干细胞（iPSCs）的前景，有必要询问它们是否以及如何有效地分化为不同谱系的功能细胞。在这里，我们直接比较了人类iPSCs和胚胎干细胞（ESCs）的神经分化能力。我们已经表明，人类iPSC在与hESCs相同的发育时间过程中使用相同的转录网络来产生神经上皮细胞和功能适当的神经元类型，以响应相同的一组形态原；然而，他们这样做的效率显著降低，可变性增加。这些结果在多能干细胞系中是一致的，与用于衍生多能干系统的重编程转基因集以及多能干系中是否存在重编程转基因无关。这些发现表明，有必要提高iPSCs的分化潜能，并建议在病理学研究、治疗性筛选和自体细胞移植中使用人类iPSCs。

PubMed免责声明

利益冲突声明

利益冲突声明：J.A.T.是Cellular Dynamics International（CDI）的创始人、股东、顾问和董事会成员。他还担任Tactics II干细胞风险投资公司的科学顾问，并在该公司拥有财务利益。

数字

**图1。**
人类iPSCs和hESCs遵循相同的神经分化时间过程。(A类)相位对比图像显示，人胚胎干细胞和多能干细胞作为单个集落生长，在第8-10天分化为柱状上皮细胞，在第15天形成神经管样花环。(B类)在第0天，iPSCs和hESCs对OCT4均呈阳性，在第8-10天，PAX6和SOX1均呈阳性。(C类)FACS分析表明，从H9 hESCs、iPS（IMR90）-1和4、iPS-M4-10、iPS-DF6-9-12和iPS109分化的细胞在第6-8天开始产生PAX6表达细胞，这在第14天达到稳定期，但效率不同。所示为每个细胞系三次重复的平均曲线。(D类和E类)培养12周时，许多MAP2+神经元也表达突触蛋白；高倍镜显示细胞体和神经突起上有点状染色模式。(F类)12周时，分化培养物中存在GFAP+星形胶质细胞。(*G公司*)16周后在培养物中观察到O4+分支少突胶质细胞。除非另有说明，否则iPSC的图像在本图和下图中显示为iPS（IMR90）-4。（比例尺，50μm）

**图2。**
iPSC神经分化的变异。(A类)在第15天，FACS分析显示，来自五个hESC系的PAX6表达细胞的比例相似，但iPSC系的比例不同。(B类)人类iPSC系对FGF2或双SMAD抑制的反应不同。数据显示为平均值±SEM(n个= 3). 星号表示*P（P）*< 0.001.

**图3。**
iPSC-derived neuro-epithelial cells可以形成区域祖细胞并分化为神经元和胶质细胞。(A类和B类)第10天，人类iPSC和ESC衍生的神经上皮细胞OTX2阳性，HOXB4阴性。iPSC培养物中的一些细胞簇（Hoechst标记；箭头）对OTX2呈阴性。大多数OTX2+簇在4天后形成典型的玫瑰花结，如所示*B嵌入*. (*C–F类*)到第24天，经RA治疗的培养物HOXB4呈阳性，OTX2呈阴性，而未经RA治疗者OTX2仍呈阳性。(*G公司*)在未经RA治疗的神经上皮培养物中，RT-PCR显示BF-1、OTX2和LHX2的表达，但未显示HOXB4的表达，在24天时，RA处理的神经上皮中也显示HOXB的表达。(*H（H）*)进一步分化显示，在没有RA的情况下，iPSC-derivedβIII-tublin+神经元OTX2阳性，但在RA存在的情况下标记为HOXB4(我). (J型)FACS显示，RA治疗后，大多数hESC-和iPSC-衍生神经上皮细胞HOXB4阳性。(*K（K）*)对于测试的代表性iPS细胞系，超过90%的神经上皮细胞可以尾状化为表达HOXB4的祖细胞。

**图4。**
iPSC分化为功能性运动神经元。(A类)iPSC衍生的神经细胞在第35天表达OLIG2和HB9。(B类)从hESCs和iPSC分化的HB9+运动神经元的FACS分析。数据显示为平均值±SEM(n个= 3). 星号表示*P（P）*以H9为参考，经Dunnett检验<0.01。(C类)HB9在向TuJ1+神经元细胞分化时表达。(D类)单个共聚焦切片显示iPSC-derived HB9+细胞对ISL1/2呈阳性。(E类)共聚焦成像显示iPSC-derived Tuj1+神经元细胞核中HOXC8染色。(F类)生理学分析的靶细胞用神经生物素标记，并进行ChAT+染色，以验证其运动神经元（MN）的身份。(*G公司*)I-Clamp轨迹显示，在不同振幅的500 ms电流注入过程中产生了多个AP。(*H（H）*)阶跃诱导电流的扩展视图显示，大量快速失活的内向电流随后是持续的外向电流。(我)iPSC-derived MNs中检测到的自发突触后电流的痕迹示例。（J）共焦成像显示BTX定位于突触+突触与肌管接触的区域。（比例尺，50μm）

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[3] 李晓杰，等。人类胚胎干细胞运动神经元的规范。国家生物技术。2005;23:215–221.-公共医学

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