从人类诱导多能干细胞分化为多巴胺神经元的过程中嘌呤代谢的变化

《Cellular and Molecular Neurobiology》：Changes in Purine Metabolism During Differentiation of Dopamine Neurons from Human Induced Pluripotent Stem Cells

　　

摘要

嘌呤是一类普遍存在的分子，对所有细胞的基本过程都是必需的。嘌呤主要来源于两个途径：从头合成和预先形成的嘌呤碱基的回收利用。当前的研究表明，当人类诱导多能干细胞（iPSCs）分化为神经元时，这两种途径的相对贡献会发生显著变化。随着多能细胞分化为神经元，从头合成途径中所有基因的表达量都会下降，而回收途径中的基因HPRT1的表达量则会增加。这种HPRT1基因表达的选择性上升与其相关酶——次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶（HGprt）活性的增强相对应。在人类大脑发育的基因表达公共数据库中也发现了类似的变化，即从头合成途径相关基因和HPRT1基因表达量的变化。研究人员还评估了在缺乏HPRT1突变的人类iPSCs以及经过基因编辑含有HPRT1突变的人类iPSC系中，去除HGprt介导的嘌呤回收机制的影响。在体外分化过程中（长达60天），缺乏HGprt对早期神经元分化没有明显影响。生化研究表明，尽管其底物（次黄嘌呤）在组织培养基中大量积累，但HGprt的缺失对细胞内嘌呤的含量影响甚微。从缺乏HGprt的iPSCs中分化出的神经元在形态和神经化学特性上与HGprt正常的iPSCs分化出的神经元没有明显差异。通过RNA测序（RNAseq）对转录组进行分析后发现，HGprt的缺失在分化过程中对基因表达没有一致性的影响。总体而言，这些结果表明HGprt对早期神经元分化的影响不大，可能在后期神经元分化或功能中发挥更重要的作用。

图形摘要

此图像的替代文本可能是由AI生成的。

研究设计：第一项研究对4个CON（蓝色）和4个LND（红色）人类来源的iPSC系（HD-iPSCs）进行了平行分化，并在4个发育阶段采集了样本。第二项研究使用了3个标准iPSC系（SL-iPSCs，分别为KOLF2.0、NCRM1、PGP1），每个系都对应一个经过HPRT1 c.508C>T基因编辑的亚系（红色），同样在4个发育阶段进行了采样。该图表由Sutcliffe, D.（2026）使用BioRender软件制作，一致性验证代码为YH29LNHTYB，https://BioRender.com/mqw9vbc。

嘌呤是一类普遍存在的分子，对所有细胞的基本过程都是必需的。嘌呤主要来源于两个途径：从头合成和预先形成的嘌呤碱基的回收利用。当前的研究表明，当人类诱导多能干细胞（iPSCs）分化为神经元时，这两种途径的相对贡献会发生显著变化。随着多能细胞分化为神经元，从头合成途径中所有基因的表达量都会下降，而回收途径中的基因HPRT1的表达量则会增加。这种HPRT1基因表达的选择性上升与其相关酶——次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶（HGprt）活性的增强相对应。在人类大脑发育的基因表达公共数据库中也发现了类似的变化，即从头合成途径相关基因和HPRT1基因表达量的变化。研究人员还评估了在缺乏HPRT1突变的人类iPSCs以及经过基因编辑含有HPRT1突变的人类iPSC系中，去除HGprt介导的嘌呤回收机制的影响。在体外分化过程中（长达60天），缺乏HGprt对早期神经元分化没有明显影响。生化研究表明，尽管其底物（次黄嘌呤）在组织培养基中大量积累，但HGprt的缺失对细胞内嘌呤的含量影响甚微。从缺乏HGprt的iPSCs中分化出的神经元在形态和神经化学特性上与HGprt正常的iPSCs分化出的神经元没有明显差异。通过RNA测序（RNAseq）对转录组进行分析后发现，HGprt的缺失在分化过程中对基因表达没有一致性的影响。总体而言，这些结果表明HGprt对早期神经元分化的影响不大，可能在后期神经元分化或功能中发挥更重要的作用。

图形摘要

此图像的替代文本可能是由AI生成的。

研究设计：第一项研究对4个CON（蓝色）和4个LND（红色）人类来源的iPSC系（HD-iPSCs）进行了平行分化，并在4个发育阶段采集了样本。第二项研究使用了3个标准iPSC系（SL-iPSCs，分别为KOLF2.0、NCRM1、PGP1），每个系都对应一个经过HPRT1 c.508C>T基因编辑的亚系（红色），同样在4个发育阶段进行了采样。该图表由Sutcliffe, D.（2026）使用BioRender软件制作，一致性验证代码为YH29LNHTYB，https://BioRender.com/mqw9vbc。