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。2010年8月6日；7(2):249-57.
doi:10.1016/j.stem.2010.06.015。

人类胚胎和诱导多能干细胞的染色质结构和基因表达程序

马修·冈瑟 1, 加勒特·M·弗兰普顿, 弗兰克·索尔德纳, 德克·霍克梅耶, 玛雅·米塔利波娃, 鲁道夫·杰尼施, 理查德·A·杨
附属公司

人类胚胎和诱导多能干细胞的染色质结构和基因表达程序

马修·冈瑟等。 细胞干细胞。 。

摘要

人类胚胎干细胞（ESCs）和诱导多能干细胞（iPSCs）的全球染色质结构和基因表达程序的知识应为评估这些细胞的基因组是否具有类似的多能干状态提供可靠的手段。最近的研究表明，ESCs和iPSCs代表不同的多能状态，具有本质上不同的基因表达谱。我们在这里描述了一组人类ESC和iPSCs的全球染色质结构和基因表达数据的比较。组蛋白H3K4me3和H3K27me3修饰的核小体基因组图表明，ESCs和iPSCs在这些标记方面几乎没有差异。基因表达谱证实，ESCs和iPSCs的转录程序几乎没有一致的差异。虽然在这些细胞系中观察到染色质结构和基因表达的一些变化，但这些变化并不能区分ESCs和iPSCs。

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数字

图1
图1。染色质修饰的全基因组图谱显示人类iPSCs与ESCs共享关键特征
（A） ESCs（纯蓝色）和iPSC（虚线蓝色）中所有RefSeq基因的复合H3K4me3富集图谱。平均基因的转录起始位点（TSS）和转录方向用箭头表示。（B） 所有RefSeq基因组蛋白H3K4me3（蓝色）的ChIP-Seq密度热图。基因顺序由ESCs中最高的平均ChIP-Seq密度决定，并从最高密度到最低密度排列。TSS和基因转录方向由箭头指示，基因组区域相对于TSS显示为−4.5kb到+4.5kb。（C） ESCs（实心绿色）和iPSC（虚线绿色）中所有富含H3K27me3的RefSeq基因的复合H3K17me3富集图谱。平均基因的TSS和转录方向用箭头表示。（D） 所有RefSeq基因的组蛋白H3K27me3（绿色）的ChIP-Seq密度热图。基因顺序由ESCs中最高的平均ChIP-Seq密度决定，并从最高密度到最低密度排列。TSS和基因转录方向由箭头指示，基因组区域相对于TSS显示为−4.5kb到+4.5kb。（E） 人类ESC、iPSC和成纤维细胞系OCT4位点H3K4me3（蓝色）的ChIP-Seq密度。基因轨迹上方显示了6号染色体内的基因座位置和大小。（F） 人类ESC、iPSC和成纤维细胞系中HOXA簇中H3K27me3（绿色）的ChIP-Seq密度。簇在7号染色体内的位置和大小显示在基因轨迹上方。另见表S1–S4。
图2
图2。ESCs和iPSCs中修饰组蛋白占据的基因和区域的相似性
（A） 对ESCs、iPSCs和成纤维细胞中H3K4me3占据的基因进行配对比较。每个蓝色条表示一组在一个细胞系中富集的基因与在第二个细胞系富集的基因的单独成对比较。两条ESC线（ESC与ESC）、两条iPS线（iPSC与iPSC）、ESC线与iPSC线之间（ESC和iPSC）以及ESC或iPSC线与成纤维细胞之间（ESC/iPSC与成纤维组织细胞）的比较显示在单独的列中。按照补充实验程序中的说明确定基因占有率。（B） 对ESCs、iPSCs和成纤维细胞中H3K27me3占据的基因进行配对比较。每个绿色条表示如（a）中鉴定为在一个细胞系中富集的基因集与在第二个细胞系中富集的基因集的个体成对比较。（C） H3K4me3在多能干细胞（ESCs和iPSCs）和成纤维细胞中差异占据的基因的表达数据。基因按H3K4me3占位差异大小排序，并显示相关基因表达。表达式高于平均值的样本显示为红色，表达式低于平均值的样品显示为绿色（标度为标准偏差）。（D） H3K27me3在多能干细胞（ESCs和iPSCs）和成纤维细胞中差异占据的基因的表达数据。基因按H3K27me3占位差异大小排序，并显示相关基因表达。表达式高于平均值的样本显示为红色，表达式低于平均值的样品显示为绿色（标度为标准偏差）。另请参见图S1和表S1–S4。
图3
图3。人胚胎干细胞和iPSC之间基因表达的有限变异
（A） 来自ESCs（闭合圈）、iPSCs（开放圈）和成纤维细胞（散列圈）的全基因组表达数据的无监督分层聚类。表达数据按多能干细胞（ESCs或iPSCs）和成纤维细胞之间差异表达的大小排序。补充实验程序中描述了所有表达数据的规范化和分析。（B） 多表达数据集中ESCs和iPSCs之间的差异基因表达。对于每个数据集（从上到下），显示了ESC和iPSC之间具有统计显著差异表达的转录本。在每个数据集的差异表达转录物集合中，表达数据按照ESCs和iPSCs之间差异表达的统计显著性排序，然后与所有其他数据集对齐以进行比较。表达式高于平均值的样本显示为红色，表达式低于平均值的样品显示为绿色（标度为标准偏差）。
图4
图4。人类ESC和iPSC表达数据集群更多地通过实验室而非ESC/iPSC身份
来自四个实验室的人类ESCs、iPSC和成纤维细胞的基因表达数据集（Guenther等人，本研究；Maherali等人，2008年；Chin等人，2009年；Yu等人，2009年）被分位数归一化为一组。对基因进行Z值归一化，并对数据进行样本层次聚类（中心相关距离、质心连锁）。基因在多能干细胞和成纤维细胞之间的差异表达从最大到最小排序。实心圆圈表示ESC样本，空圆圈表示iPSC样本，散列圆圈表示成纤维细胞样本。单个实验室的数据按颜色编码为Guenther等人（蓝色）、Maherali等人（红色）、Chin等人（紫色）和Yu等人（绿色）。另见表S5。（C） 成纤维细胞和多能干细胞（ESCs和iPSCs）之间的差异基因表达。表达数据按照每个数据集中成纤维细胞和ESCs/iPSCs之间差异表达的统计显著性排序，然后与所有其他数据集对齐进行比较。表达式高于平均值的样本显示为红色，表达式低于平均值的样品显示为绿色（标度为标准偏差）。（D） 不同表达数据集中ESCs和iPSCs之间差异表达基因的重叠。ESCs和iPSC之间差异表达的基因数量以黑色表示。所有基因集的总重叠为零。（E） 不同表达数据集中成纤维细胞和多能干细胞（ESCs和iPSCs）之间差异表达基因的重叠。成纤维细胞和多能干细胞之间差异表达的基因数量用黑色表示。所有基因集的总重叠以白色显示。另请参见图S2和表S5。
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中的注释

  • 重建多能性？
    Loh KM、Lim B。 Loh KM等人。 细胞干细胞。2010年8月6日；7(2):137-9. doi:10.1016/j.stem.2010.07.005。 细胞干细胞。2010 PMID：20682438
  • 人类诱导多能干细胞和胚胎干细胞的分子分析。
    Chin MH、Pellegrini M、Plath K、Lowry WE。 Chin MH等人。 细胞干细胞。2010年8月6日；7（2）：263-9。doi:10.1016/j.stem.2010.06.019。 细胞干细胞。2010 PMID：20682452 免费PMC文章。

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