利用诱导多能干细胞分化筛选染色体病胚胎发育异常指标的研究

Chromosome abnormal disease is the major objective of prenatal screening and diagnosis. As there was no effective treatment, abortion in early stage of the abnormal pregnancy is the most effective intervention . It is the highly concerned problem of the modern prenatal medican about seeking some new effective screening indicators, and improve the screening accuracy. The induced Pluripotent Stem cells (iPSc) were excellent for genetic disease pathology modelling. In the former study, we have already estiblished the trisomy 21 and trisomy 18 iPSc. The iPSc lines keep genetic stable, which are still trisomy of the definitized chromosome, and keep pluripotency of three germ differentiation. For the trisomy 21 iPSc, cell proliferation were delayed compare with normal iPSc, and some markers of germ line and proliferation were down regulated in early stage of differentiation. In this study, we will compare the differente cellular bio-activity of the differentiation between trisomy iPSc and normal iPSc, investigate the differente profile of transcription RNA of the pluripotency and differentiation state to identify the associtated gene and pathological pathway, evaluate the probability of modelling the development of chromosome disease individual by differentiation of iPSc, and find out some secretary proteins involved the disease. Then we will verify the diagnostic significance of the secretary proteins by testing the serum of pregnant women. We hope to provide somes new prenatal screening targets, and improve the clinical screening accuracy.

染色体病是产前诊断主要针对疾病，筛查高风险人群，确诊并及早中止异常妊娠是最有效的干预手段。寻找早期血清学指标，提高筛查精度，是产前诊断学科亟待解决的问题。诱导多能干细胞（iPSc）是研究遗传病病理发生的有效模型。前期结果表明建系的染色体病iPSc保持染色体三体且核型无畸变，并具有多向分化能力，但细胞增殖与正常核型iPSc存在差异。其在早期分化过程中，与正常核型iPSc分化相比，部分胚层分化指标和增殖指标下调。基于以上研究基础，本课题拟通过比较染色体异常iPSc和正常核型iPSc分化的生物学差异，利用转录RNA芯片筛选与染色体病病理学相关的关键基因和信号通路，探讨利用iPSc分化模拟染色体病个体发育异常的可行性，进而寻找差异表达的分泌型蛋白。通过孕妇血清分析，验证分泌型蛋白的诊断意义，希望为产前筛查提供新的标志物，在早期快速筛查出染色体异常胎儿，减轻孕妇及其家庭的心理和经济负担。

本研究建立染色体病特异的诱导多能干细胞系（iPSc），并通过唐氏综合征特异的iPSc（DS iPSc）的分化，模拟DS发育。针对DS iPSc分化异常，探讨DS发育异常的细胞学基础以及涉及的病理机理。主要进展如下：.（1）建立多能干细胞早期分化模型及分化方案优化。多能干细胞可以通过EB或者单层直接分化，系统比较两种分化方案的差异，发现EB方案更有利于神经嵴分化。进一步比较文献报道的神经嵴分化方案和课题组自行优化的通过EB进行神经嵴分化的方案，发现优化后的分化方案稳定，分化细胞高效表达神经嵴特异的分子标志，这一方案也被应用于DS染色体病研究。.（2）建立染色体病特异的iPSc并进行DS iPSc分化。建立了人类最常见的染色体病（21号染色体三体和18号染色体三体）特异的iPSc，并对细胞系进行鉴定，细胞系表达多能性相关的标志，体内体外均可分化成三胚层特异的细胞（组织）。进一步研究DS iPSc和正常iPSc之间的差异，发现DS iPSc在形成EB的效率，EB生长大小以及形成神经类结构多少方面均低于正常iPSc。这些结果提示我们进行DS神经嵴方面的研究。.（3）DS iPSc来源神经嵴类细胞的特异表型。利用优化的EB分化方案进行SD iPSc的神经嵴诱导分化，发现DS iPSc分化成神经嵴细胞的效率，以及DS神经嵴类细胞（DS NCSC）的各项分化能力较正常组无显著性差异。DS NCSC迁移能力较正常组弱，可以通过过表达DS NCSC下调的ACS3改善这一现象。DS的部分病理特征可以通过NCSC迁移能力弱来解释，但是这一生物学现象并不涉及可以通过孕妇血清检测的表达大幅变化的分泌蛋白。.（4）染色体病的遗传学分析。在进行iPSc模拟染色体病的同时也对临床的染色体病进行遗传学分析。收集染色体病的临床表象，并利用染色体G显带、FISH、SNP芯片和PCR等手段分析染色体病的遗传基础，建立遗传和临床指征之间的相关性，为遗传病的诊断和临床疾病的遗传咨询提供一手资料。