Аномалии кариотипа в линиях индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, полученных от российских доноров

Введение. Кариотипирование индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (иПСК) − общепринятый этап характеристики генетической стабильности клеточных линий, необходимый при их регистрации и дальнейшем научном и медицинском использовании. Для текущего мониторинга возникновения рекуррентных аномалий кариотипа допустимо применение таргетных методов анализа (FISH, количественная ПЦР), однако спектр возникающих хромосомных аберраций может зависеть от особенностей протоколов культивирования клеток, принятых в конкретных лабораториях.

Цель: выявление аномалий кариотипа в выборке линий иПСК, полученных от российских доноров, методом стандартного цитогенетического анализа и сравнение их с известными из литературных данных рекуррентными аберрациями.

Методы. Кариотипирование культур иПСК проводили на 7-28 пассаже. Для уточнения частоты трисомии, выявленной при анализе кариотипа, в отдельных случаях применяли FISH с центромерными зондами. Проанализированы кариотипы 34 линий иПСК, полученных от 19 доноров.

Результаты. Выявлены две линии с численными хромосомными аномалиями (+8 и +20), три линии с крупными структурными хромосомными перестройками (дупликация в 2q и две дупликации в 1q) и одна линия со спонтанными неклональными хроматидными разрывами. Дополнительный FISH-анализ с центромерными зондами линии с мозаичной трисомией 8 и аутологичной ей линии с нормальным кариотипом выявил присутствие низкопредставленного аномального клона в обеих линиях. Таким образом, частота возникновения хромосомной нестабильности в проанализированной выборке линий иПСК соответствует литературным данным. Хромосомные аберрации в двух из семи аномальных линиях не описаны как частые рекуррентные генетические аномалии в иПСК, используемые для таргетных методов контроля генетической стабильности клеток. 

Заключение. Наше исследование дает представление о частоте и структуре аномалий кариотипа в иПСК, полученных от российских доноров, и обосновывает рациональность комбинирования полногеномных и таргетных методов оценки генетической стабильности этих клеток. Представленные данные могут быть использованы для разработки рекомендаций по оценке качества культур иПСК.

1. Andrews P.W., Barbaric I., Benvenisty N., Draper J.S., Ludwig T., Merkle F.T., et al. The consequences of recurrent genetic and epigenetic variants in human pluripotent stem cells. Cell Stem Cell. 2022;29:1624–36.

2. Keller A., Spits C. The Impact of Acquired Genetic Abnormalities on the Clinical Translation of Human Pluripotent Stem Cells. Cells. 2021;10:3246.

3. Yoshida S., Kato T.M., Sato Y., Umekage M, Ichisaka T., Tsukahara M., et al. A clinical-grade HLA haplobank of human induced pluripotent stem cells matching approximately 40% of the Japanese population. Med. 2023;4:51-66.e10.

4. McIntire E., Taapken S., Leonhard K., Larson A.L. Genomic Stability Testing of Pluripotent Stem Cells. Curr Protoc Stem Cell Biol. 2020;52:e107.

5. Baker D., Hirst A.J., Gokhale P.J., Juarez M.A., Williams S., Wheeler M., et al. Detecting Genetic Mosaicism in Cultures of Human Pluripotent Stem Cells. Stem Cell Rep. 2016;7:998–1012.

6. Molina-Ruiz F.J., Introna C., Bombau G., Galofre M., Canals J.M. Standardization of Cell Culture Conditions and Routine Genomic Screening under a Quality Management System Leads to Reduced Genomic Instability in hPSCs. Cells. 2022;11:1984.

7. Kondrateva E., Adilgereeva E., Amelina E., Tabakov V., Demchenko A, Ustinov K., et al. Generation of induced pluripotent stem cell line (RCMGi001-A) from human skin fibroblasts of a cystic fibrosis patient with p.F508del mutation. Stem Cell Res. 2020;48:101933.

8. Panchuk I., Kondrateva E., Demchenko A., Grigorieva O., Erofeeva A., Amelina E., et al. Generation of two induced pluripotent stem cell lines (RCMGi005-A/B) from human skin fibroblasts of a cystic fibrosis patient with homozygous F508del mutation in CFTR gene. Stem Cell Res. 2022;64:102896.

9. Kondrateva E., Demchenko A., Slesarenko Y., Pozhitnova V., Yasinovsky M., Amelina E., et al. Generation of two induced pluripotent stem cell lines (RCMGi004-A and -B) from human skin fibroblasts of a cystic fibrosis patient with compound heterozygous F508del/W1282X mutations in CFTR gene. Stem Cell Res. 2021;52:102232.

10. Kondrateva E., Demchenko A., Slesarenko Y., Yasinovsky M., Amelina E., Tabakov V., et al. Derivation of iPSC line (RCMGi002-A) from dermal fibroblasts of a cystic fibrosis female patient with homozygous F508del mutation. Stem Cell Res. 2021;53:102251.

11. Kondrateva E., Panchuk I., Demchenko A., Grigorieva O., Zheglo D., Voronina E., et al. Generation of induced pluripotent stem cell line (RCMGi008-A) from human skin fibroblasts of a cystic fibrosis patient with compound heterozygous F508del/CFTRdele2.3 mutations in CFTR gene. Stem Cell Res. 2022;63:102854.

12. Panchuk I.O., Grigorieva O.V., Kondrateva E.V., Kurshakova E.V., Tabakov V.Yu., Bychkov I.O., et al. Generation of two iPSC lines from patient with Mucopolysaccharidosis IV B type and autosomal recessive non-syndromic hearing loss 12. Stem Cell Res. 2023;71:103183.

13. Kondrateva E., Grigorieva O., Kurshakova E., Panchuk I., Pozhitnova V., Voronina E., et al. Generation of induced pluripotent stem cell line (RCMGi009-A) from urine cells of patient with fibrodysplasia ossificans progressiva. Stem Cell Res. 2023;70:103133.

14. Martins-Taylor K., Nisler B.S., Taapken S.M., Compton T., Crandall L., Montgomery K.D., et al. Recurrent copy number variations in human induced pluripotent stem cells. Nat Biotechnol. 2011;29:488–91.

15. Laing O., Halliwell J., Barbaric I. Rapid PCR Assay for Detecting Common Genetic Variants Arising in Human Pluripotent Stem Cell Cultures. Curr Protoc Stem Cell Biol. 2019;49:e83.

16. Assou S., Girault N., Plinet M., Bouckenheimer J., Sansac C., Combe M., et al. Recurrent Genetic Abnormalities in Human Pluripotent Stem Cells: Definition and Routine Detection in Culture Supernatant by Targeted Droplet Digital PCR. Stem Cell Rep. 2020;14:1–8.

17. Girish V., Lakhani A.A., Thompson S.L., Scaduto C.M., Brown L.M., Hagenson R.A., et al. Oncogene-like addiction to aneuploidy in human cancers. Science. 2023;381:eadg4521.

18. Brueckner L.M., Sagulenko E., Hess E.M., Zheglo D., Blumrich A., Schwab M., et al. Genomic rearrangements at the FRA2H common fragile site frequently involve non-homologous recombination events across LTR and L1(LINE) repeats. Hum Genet. 2012;131:1345–59.

19. Dekel-Naftali M., Aviram-Goldring A., Litmanovitch T., Shamash J., Reznik-Wolf H., Laevsky I, et al. Screening of human pluripotent stem cells using CGH and FISH reveals low-grade mosaic aneuploidy and a recurrent amplification of chromosome 1q. Eur J Hum Genet. 2012;20:1248–55.

20. Kislova A.V., Zheglo D., Pozhitnova V.O., Sviridov P.S., Gadzhieva E.P., Voronina E.S. Replication stress causes delayed mitotic entry and chromosome 12 fragility at the ANKS1B large neuronal gene in human induced pluripotent stem cells. Chromosome Res. 2023;31:23.