Genome stability of human induced pluripotent stem cells

RNDr. Daniela ŘEHÁKOVÁ

Advanced ('rigorózní') thesis

Abstract:

Human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) play roles in both disease modeling and regenerative medicine. It is critical that the genomic integrity of the cells remains intact and that the DNA repair systems are fully functional. I focused on the detection of DNA double-strand breaks (DSBs) by phosphorylated histone H2AX (known as H2AX) and p53-binding protein 1 (53BP1) in multiple lines of hiPSCs, their source cells, human embryonic stem cells (hESCs) and cells differentiated from hiPSCs. I measured spontaneously occurring DSBs throughout the process of reprogramming and during long-term in vitro culture and differentiation process. To assess the variations in the functionality of the DNA repair system among the samples, the number of DSBs induced by gamma irradiation and the decrease over time was analyzed. The foci number was detected by fluorescence microscopy separately for the G1 and S/G2 cell cycle phases. Source cells contained a low number of non-replication-related foci, while this number increased after reprogramming into hiPSCs and then decreased again after long-term in vitro passaging or differentiation. The artificial induction of DSBs revealed that the repair mechanisms function well in the source cells and hiPSCs at low passages but fail to recognize a substantial proportion of DSBs at high passages. Observations suggest that cellular reprogramming increases the DSB number but that the repair mechanism functions well. However, with long-term hipSCs culture reparation capacity decreases.

Abstract:

Lidské indukované pluripotentní kmenové buňky (hiPSCs) nabízejí využití v regenerativní medicíně i modelování onemocnění. Je ovšem podstatné, aby jejich genom zůstal nezměněn a jejich mechanismy opravy DNA byly funkční. V této práci se soustředím na detekci dvouřetězcových zlomů DNA (DSBs) pomocí fosforylovaného histonu H2AX a proteinu 53BP1, a to v několika liniích hiPSCs, jejich zdrojových buňkách, lidských embryonálních kmenových buňkách a buňkách diferencovaných z hiPSCs. sledovala jsem spontánně vytvořené DSB během procesů reprogramace, dlouhodobé kultivace a diferenciace. Pro porovnání reparační kapacity jsem vyvolala poškození pomocí gamma záření a sledovala snížení množství zlomů v čase. Množství ohnisek tvořených sledovanými proteiny bylo sledováno pomocí fluorescenční mikroskopie odděleně pro G1 a S/G2 fázi buněčného cyklu. Zdrojové buňky obsahovaly nízké množství DSBs nesouvisejících s replikací, jejich počet se zvýšil po reprogramaci do hiPSCs a snížil s dlouhodobou kultivací či diferenciácí. Indukce zlomů odhalila, že replikační mechanismy fungují dobře ve zdrojových buňkách a hiPSCs o nízké pasáži, ovšem částečně selhává u hiPSCs ve vysoké pasáži. Tato pozorování naznačují, že buněčné přeprogramování zvýší množství DSBs, ovšem reparační mechanismy fungují. Dlouhodobou kultivací se však schopnost opravovat DSBs snižuje.

Keywords

iPSCs, kmenové buňky, dvouřetězové zlomy, dlouhodobá kultivace, H2AX

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 10. 5. 2018

Thesis defence

• Date of defence: 22. 6. 2018

UNIVERSITY OF SOUTH BOHEMIA IN ČESKÉ BUDĚJOVICE

Faculty of Science

Advanced ('rigorózní řízení') programme / field:
Biology / Klinická biologie