Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1055810.32607/20758251-2013-5-4-15-21ReviewsОбзорыResearch Article“Epigenetic Memory” Phenomenon in Induced Pluripotent Stem CellsФеномен «эпигенетической памяти» индуцированных плюрипотентных стволовых клетокVaskovaE. A.ВаськоваЕ. А.
Russian Federation
zakian@bionet.nsc.ruSteklenevaA. E.СтекленеваА. Е.
Russian Federation
zakian@bionet.nsc.ruMedvedevS. P.МедведевС. П.
Russian Federation
zakian@bionet.nsc.ruZakianS. M.ЗакиянС. М.
Russian Federation
zakian@bionet.nsc.ruInstitute of Cytology and Genetics, Siberian Branch, Russian Academy of SciencesИнститут цитологии и генетики СО РАНMeshalkin State Research Institute of Circulation PathologyНовосибирский научно-исследовательский институт патологии кровообращения им. академика Е.Н. Мешалкина МЗ РФInstitute of Chemical Biology and Fundamental Medicine, Siberian Branch, Russian Academy of SciencesИнститут химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН1512201354VOL 5, NO4 (2013)ТОМ 5, №4 (2013)152117012020Copyright ©; 2013, Vaskova E.A., Stekleneva A.E., Medvedev S.P., Zakian S.M.Copyright ©; 2013, Васькова Е.А., Стекленева А.Е., Медведев С.П., Закиян С.М.2013Vaskova E.A., Stekleneva A.E., Medvedev S.P., Zakian S.M.Васькова Е.А., Стекленева А.Е., Медведев С.П., Закиян С.М.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10558

To date biomedicine and pharmacology have required generating new and more consummate models. One of the most perspective trends in this field is using induced pluripotent stem cells (iPSCs). iPSC application requires careful high-throughput analysis at the molecular, epigenetic, and functional levels. The methods used have revealed that the expression pattern of genes and microRNA, DNA methylation, as well as the set and pattern of covalent histone modifications in iPSCs, are very similar to those in embryonic stem cells. Nevertheless, iPSCs have been shown to possess some specific features that can be acquired during the reprogramming process or are remnants of epigenomes and transcriptomes of the donor tissue. These residual signatures of epigenomes and transcriptomes of the somatic tissue of origin were termed “epigenetic memory.” In this review, we discuss the “epigenetic memory” phenomenon in the context of the reprogramming process, its influence on iPSC properties, and the possibilities of its application in cell technologies.

Современная биомедицина и фармакология требуют создания новых, более совершенных клеточных моделей заболеваний. Одним из перспективных направлений в данной области является применение индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК), получаемых путем репрограммирования соматических клеток. Однако для полноценного использования данной технологии необходимо тщательное изучение ИПСК на молекулярном, эпигенетическом и функциональном уровнях. Современные методы анализа свидетельствуют о том, что ИПСК очень схожи с эмбриональными стволовыми клетками (ЭСК) по профилю экспрессии белоккодирующих генов, генов микроРНК, метилированию ДНК, спектру и паттерну распределения ковалентных модификаций гистонов. Тем не менее показано, что ИПСК обладают характерными особенностями, приобретенными как в процессе репрограммирования, так и в результате сохранения ряда черт эпигеномов и транскриптомов исходных соматических клеток-предшественников. Явление сохранения черт эпигеномов и транскриптомов исходных соматических клеток получило название «эпигенетическая память». Данный обзор посвящен явлению «эпигенетической памяти» в контексте процесса репрограммирования, влиянию «памяти» на свойства ИПСК, а также возможности ее использования в клеточных технологиях.

pluripotencyreprogrammingepigeneticsплюрипотентностьрепрограммированиеэпигенетикаThis work was supported by the Ministry of Education and Science of the Russian Federation (Agreement № 8264) and the Russian Foundation for Basic Research (Grants № 11-04-00847-a, 12-04-00185-a and 12-04-00208-a).Работа поддержана Министерством образования и науки Российской Федерации (соглашение № 8264) и РФФИ (гранты № 11-04-00847-а, 12-04-00185-а и 12-04-00208-а).[1] Bernstein B.E., Mikkelsen T.S., Xie X., Kamal M., Huebert D.J., Cuff J., Fry B., Meissner A., Wernig M., Plath K. // Cell. 2006, V.125, №2, P.315-326[2] Spivakov M., Fisher A.G. // Nat. Rev. Genet. 2007, V.8, №4, P.263-271[3] Bibikova M., Chudin E., Wu B., Zhou L., Garcia E.W., Liu Y., Shin S., Plaia T.W., Auerbach J.M., Arking D.E. // Genome Res. 2006, V.16, №9, P.1075-1083[4] Doi A., Park I.H., Wen B., Murakami P., Aryee M.J., Irizarry R., Herb B., Ladd-Acosta c., Rho J., Loewer S. // Nat. Genet. 2009, V.41, №12, P.1350-1353[5] Maherali N., Ahfeldt T., Rigamonti A., Utikal J., Cowan C., Hochedlinger K. // Cell Stem Cell. 2008, V.3, №3, P.340-345[6] Takahashi K., Tanabe K., Ohnuki M., Narita M., Ichisaka T., Tomoda K., Yamanaka S. // Cell. 2007, V.131, №5, P.861-872[7] Takahashi K., Yamanaka S. // Cell. 2006, V.126, №4, P.663-676[8] Yu J., Vodyanik M.A., Smuga-Otto K., Antosiewicz-Bourget J., Frane J.L., Tian S., Nie J., Jonsdottir G.A., Ruotti V., Stewart R. // Science. 2007, V.318, №5858, P.1917-1920[9] Zhao X.Y., Li W., Lv Z., Liu L., Tong M., Hai T., Hao J., Guo C.L., Ma Q.W., Wang L. // Nature 2009, V.461, №7260, P.86-90[10] Pick M., Stelzer Y., Bar-Nur O., Mayshar Y., Eden A., Benvenisty N. // Stem Cells. 2009, V.27, №11, P.2686-2690[11] Hussein S.M., Batada N.N., Vuoristo S., Ching R.W., Autio R., Narva E., Ng S., Sourour M., Hamalainen R., Olsson C. // Nature 2011, V.471, №7336, P.58-62[12] Ben-David U., Benvenisty N., Mayshar Y. // Cell Cycle. V.9, №23, P.4603-4604[13] Martins-Taylor K., Xu R.H. // Stem Cells. 2011, V.30, №1, P.22-27[14] Sun B., Ito M., Mendjan S., Ito Y., Brons I.G., Murrell A., Vallier L., Ferguson-Smith A.C., Pedersen R.A. // Stem Cells. 2011, V.30, №2, P.161-168[15] Bar-Nur O., Russ H.A., Efrat S., Benvenisty N. // Cell Stem Cell. 2011, V.9, №1, P.17-23[16] Kim K., Doi A., Wen B., Ng K., Zhao R., Cahan P., Kim J., Aryee M.J., Ji H., Ehrlich L.I. // Nature 2010, V.467, №7313, P.285-290[17] Polo J.M., Liu S., Figueroa M.E., Kulalert W., Eminli S., Tan K.Y., Apostolou E., Stadtfeld M., Li Y., Shioda T. // Nat. Biotechnol. 2010, V.28, №8, P.848-855[18] Adams R.L. // Biochem J. 1990, V.265, №2, P.309-320[19] Trowbridge J.J., Orkin S.H. // Epigenetics. 2010, V.5, №3, P.189-193[20] Nishino K., Toyoda M., Yamazaki-Inoue M., Fukawatase Y., Chikazawa E., Sakaguchi H., Akutsu H., Umezawa A. // PLoS Genet. 2011, V.7, №5, P.e1002085[21] Kim K., Zhao r., Doi A., Ng K., Unternaehrer J., Cahan P., Hongguang H., Loh Y.H., Aryee M.J., Lensch M.W. // Nat. Biotechnol. 2011, V.29, №12, P.1117-1119[22] Lister R., Pelizzola M., Kida Y.S., Hawkins R.D., Nery J.R., Hon G., Antosiewicz-Bourget J., O’Malley R., Castanon R., Klugman S. // Nature 2011, V.471, №7336, P.68-73[23] Kaminsky Z.A., Tang T., Wang S.C., Ptak C., Oh G.H., Wong A.H., Feldcamp L.A., Virtanen C., Halfvarson J., Tysk C. // Nat. Genet. 2009, V.41, №2, P.240-245[24] Shao K., Koch C., Gupta M.K., Lin Q., Lenz M., Laufs S., Denecke B., Schmidt M., Linke M., Hennies H.C. // Molecular Therapy 2012, V.21, №1, P.240-250[25] Stadtfeld M., Apostolou E., Akutsu H., Fukuda A., Follett P., Natesan S., Kono T., Shioda T., Hochedlinger K. // Nature 2010, V.465, №7295, P.175-181[26] Da Rocha S.T., Edwards C.A., Ito M., Ogata T., Ferguson-Smith A.C. // Trends Genet. 2008, V.24, №6, P.306-316[27] Kim M.J., Choi H.W., Jang H.J., Chung H.M., Arauzo-Bravo M.J., Scholer H.R., Tae Do J. // J. Cell Sci. 2012, V.126, №11, P.2516-2524[28] Stadtfeld M., Apostolou E., Ferrari F., Choi J., Walsh R.M., Chen T., Ooi S.S., Kim S.Y., Bestor T.H., Shioda T. // Nat. Genet. 2012, V.44, №4, P.398-405[29] Wang T., Chen K., Zeng X., Yang J., Wu Y., Shi X., Qin B., Zeng L., Esteban M.A., Pan G. // Cell Stem Cell. 2011, V.9, №6, P.575-587[30] Medvedev S.P., Shevchenko A.I., Zakian S.M. // Acta Naturae. 2010, V.2, №2, P.18-28[31] Cohen D.E., Melton D. // Nat. Rev. Genet. 2011, V.12, №4, P.243-252[32] Grskovic M., Javaherian A., Strulovici B., Daley G.Q. // Nat. Rev. Drug Discov. 2011, V.10, №12, P.915-929[33] Medvedev S.P., Grigor’eva E.V., Shevchenko A.I., Malakhova A.A., Dementyeva E.V., Shilov A.A., Pokushalov E.A., Zaidman A.M., Aleksandrova M.A., Plotnikov E.Y. // Stem cells Dev. 2011, V.20, №6, P.1099-1112