高解像度ERFSマップによりヒト幹細胞が特定部位で損傷する原因を解明(First High-resolution ERFS Map Reveals Why Human Stem Cells Break at Specific Spots)

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2026-06-22 中国科学院(CAS)

中国科学院昆明動物研究所(KIZ)の鄭平教授らと浙江大学医学部の共同研究チームは、ヒト胚性幹細胞(hESC)の初期複製脆弱部位(Early Replication Fragile Sites:ERFSs)の世界初となる高解像度マップを作成し、長期培養中にコピー数変異(CNV)や一塩基変異(SNV)が特定のゲノム領域へ繰り返し蓄積する仕組みを解明した。研究チームは、低用量薬剤処理とヒドロキシウレアによる複製ストレスを組み合わせた新たな細胞周期同期化法を開発し、DNA複製ストレス関連タンパク質やDNA損傷マーカーを解析した。その結果、H9細胞で2,404か所、TJ-1#細胞で1,438か所の高信頼ERFSを同定した。ERFSはGC含量が高く、クロマチンが開いた活発な転写領域に集中し、多能性維持や細胞増殖、DNA損傷応答に関わる遺伝子と関連していた。さらに、ERFSのホットスポットは20q11.21領域を含むCNV増幅部位や高頻度SNV領域と強く重複し、がんゲノムに類似した変異パターンを示した。研究成果は、幹細胞培養時のゲノム不安定性の発生機構解明と、再生医療における細胞品質向上に貢献すると期待される。

<関連情報>

ヒト胚性幹細胞における初期複製脆弱部位は、癌関連のCNVおよびSNVと関連している Early replication fragile sites are associated with cancer-related CNVs and SNVs in human embryonic stem cells

Yu-ping Dong ∙ Menglin Qiu ∙ Haoyu Tang ∙ … ∙ Songmin Ying ∙ Ping Zheng ∙ Lin Wang
Stem Cell Reports  Publishe:June 18, 2026
DOI:https://doi.org/10.1016/j.stemcr.2026.102968

Graphical abstract

高解像度ERFSマップによりヒト幹細胞が特定部位で損傷する原因を解明(First High-resolution ERFS Map Reveals Why Human Stem Cells Break at Specific Spots)

Highlights

  • Genomic features of ERFSs in hESCs
  • ERFSs in hESCs are predominantly located within regulatory genomic regions
  • ERFSs are associated with genes regulating pluripotency/genomic stability
  • ERFSs in hESCs are associated with cancer-related CNVs and SNVs

Summary

Long-term culture of human embryonic stem cells (hESCs) often induces chromosomal abnormalities, which limits their clinical use. However, the underlying mechanisms are unclear. Early replication fragile sites (ERFSs) are genomic loci susceptible to breakage in early S-phase and serve as hotspots for chromosomal rearrangements, with established links to carcinogenesis. To map ERFSs in hESCs, we established the early S-phase synchronization protocols and identified ERFSs. These ERFSs are enriched in GC content and short interspersed nuclear elements (SINEs) and are frequently located in promoters or enhancers of genes involved in pluripotency, proliferation, and genomic stability. ERFSs also overlap with regions associated with copy number variants (CNVs) and single nucleotide variants (SNVs) linked to cancers. Furthermore, we found that chromatin accessibility contributes to ERFS formation. Collectively, these findings provide a key resource for advancing ERFS research, offering insights into the phenotypic and genomic alterations observed in long-term hESC cultures.

細胞遺伝子工学
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