人為誘導多能性幹細胞と胚性幹細胞の比較
研究によれば、hiPSCsとhESCsの間には、治療法や疾患モデルに影響を与える重要な違いがあるんだ。
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目次
幹細胞は、体の中で様々なタイプの細胞に発展する能力を持つ特別な細胞だよ。成長や治癒、再生にとって重要なんだ。特に人間の胚性幹細胞(HESC)は初期段階の胚からきていて、この細胞は無限に増殖できて、体のどんな細胞にも変わることができるから、病気の研究や治療法の可能性にとってすごく価値があるんだ。
でも、hESCを使うことには倫理的な問題があるから、研究者たちは人間誘導多能性幹細胞(HiPSC)という別のタイプの幹細胞も開発したんだ。hiPSCは普通の皮膚細胞を取り出して、幹細胞のような状態に戻して作ることができる。このプロセスのおかげで、胚由来の細胞に関する倫理的な懸念なしにこの細胞を使えるようになるんだ。
hiPSCとhESCを比較する重要性
hiPSCがhESCとどれだけ似ているか、または違っているかを理解することは、研究者にとってすごく大事なんだ。どちらのタイプも治療や病気の研究に使える可能性があるけど、独自の特性もあるかもしれない。この比較があれば、科学者たちは特定の医療、薬の開発、病気モデルにどの細胞が適しているかを知る手助けができるんだ。
研究の焦点
この研究は、hiPSCとhESCの違いと類似性を調査しているんだ。目的は、これらの細胞が分子レベルでどのように振る舞うかを見ることだよ。特に、彼らのタンパク質の詳しい分析を通じてね。タンパク質は細胞の機能にとって重要で、タンパク質の量やバリエーションを理解することで、細胞の能力についての洞察が得られるんだ。
分析方法
2種類の幹細胞を比較するために、科学者たちは先進的な技術を使ってタンパク質を分析したんだ。彼らは異なる健康なドナーからのhiPSCとhESCのサンプルを取り出して、それぞれの細胞に含まれるタンパク質の量を正確に測定する方法を使ったんだ。
まず、両方の細胞タイプが幹細胞の印である重要なマーカーを示していることを確認したんだ。それから、hiPSCとhESCの両方のタンパク質の深い分析を進めたよ。
主な発見
タンパク質のレベルとプロファイル
分析の結果、hiPSCとhESCは全体的なタンパク質プロファイルは似ていたけど、特定のタンパク質の量には大きな違いがあったんだ。特に、hiPSCは細胞内の代謝プロセスが行われる部分である細胞質において、総タンパク質のレベルが高いことがわかった。
成長と代謝
hiPSCのタンパク質レベルが高いことは、成長や栄養の取り入れに対する能力が大きいかもしれないことを示唆しているんだ。研究チームがグルコースや栄養の輸送体を調査したところ、hiPSCにはこれらの必須物質を取り込むためのタンパク質のレベルが上昇していることがわかった。これが、hiPSCがhESCよりも高いタンパク質生産を維持できる理由かもしれないね。
ミトコンドリアの機能
ミトコンドリアは細胞のエネルギー工場として知られているよ。この研究では、hiPSCがhESCと比較して異なるミトコンドリアのタンパク質レベルを持っていることも明らかになったんだ。この違いは、これらの細胞がエネルギーを生産する方法のバリエーションを示している。hiPSCはエネルギー生産能力が高く、成長にとって重要なんだ。
分泌タンパク質と微小環境
hiPSCはhESCに比べて分泌タンパク質も多く作っているんだ。これらのタンパク質は細胞の周りの環境に影響を与えることができるから重要なんだ。例えば、これらのタンパク質の中には細胞成長を促進する成長因子があって、癌の発生に関連することもあるんだ。
免疫応答
この研究では、hiPSCが免疫応答を抑制する可能性のあるタンパク質のレベルも高いことがわかったんだ。これは、hiPSCがhESCよりも体の免疫システムを回避できるかもしれないことを意味している。これは治療において重要で、免疫システムによる拒絶反応の可能性を減らすことができるかもしれないんだ。
ヒストンのバリエーション
ヒストンは細胞核内のDNAをパッケージするのに役立つタンパク質なんだ。この研究では、hiPSCがhESCと比べて特定のヒストンタンパク質が顕著に減少していることがわかった。この変化は、これらの細胞で遺伝子がどのように発現されるかに影響を与え、さらにその振る舞いや特性に影響を与える可能性があるんだ。
結論
要するに、hiPSCとhESCは多くの類似点を持っているけど、この研究は特にタンパク質レベル、成長能力、環境への反応の面での重要な違いを強調しているんだ。これらの発見は、今後の研究や臨床応用に影響を与えるかもしれないし、幹細胞が医療や治療にどのように使われるかをより洗練させる手助けになるんだ。この2種類の幹細胞の微妙な違いを理解することで、科学者たちは健康や病気の研究のためにその潜在能力をよりよく活用できるようになるんだ。
タイトル: Proteomic and functional comparison between human induced and embryonic stem cells
概要: Human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) have great potential to be used as alternatives to embryonic stem cells (hESCs) in regenerative medicine and disease modelling, thereby avoiding many of the ethical issues arising from the use of embryo-derived cells. However, despite clear similarities between the two cell types, it is likely they are not identical. In this study, we characterise the proteomes of multiple hiPSC and hESC lines derived from independent donors. We find that while hESCs and hiPSCs express a near identical set of proteins, they show consistent quantitative differences in the expression levels of a wide subset of proteins. hiPSCs have increased total protein content, while maintaining a comparable cell cycle profile to hESCs. The proteomic data show hiPSCs have significantly increased abundance of vital cytoplasmic and mitochondrial proteins required to sustain high growth rates, including nutrient transporters and metabolic proteins, which correlated with phenotypic differences between hiPSCs and hESCs. Thus, higher levels of glutamine transporters correlated with increased glutamine uptake, while higher levels of proteins involved in lipid synthesis correlated with increased lipid droplet formation. Some of the biggest metabolic changes were seen in proteins involved in mitochondrial metabolism, with corresponding enhanced mitochondrial potential, shown experimentally using high-resolution respirometry. hiPSCs also produced higher levels of secreted proteins, including ECM components and growth factors, some with known tumorigenic properties, as well as proteins involved in the inhibition of the immune system. Our data indicate that reprogramming of human fibroblasts to iPSCs effectively restores protein expression in cell nuclei to a state comparable to hESCs, but does not similarly restore the profile of cytoplasmic and mitochondrial proteins, with consequences for cell phenotypes affecting growth and metabolism. The data improve understanding of the molecular differences between induced and embryonic stem cells, with implications for potential risks and benefits for their use in future disease modelling and therapeutic applications.
著者: Angus I Lamond, A. J. Brenes, E. Griesser, L. V. Sinclair, L. Davidson, A. R. Prescott, F. Singh, E. K. J. Hogg, C. Espejo-Serrano, H. Jiang, H. Yoshikawa, M. Platani, J. Swedlow, D. A. Cantrell
最終更新: 2024-07-08 00:00:00
言語: English
ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2021.10.20.464767
ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2021.10.20.464767.full.pdf
ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。
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