Technology utilizing human induced pluripotent stem cells (iPS cells) has enormous potential to provide improved cellular models of human disease. However, variable genetic and phenotypic characterization of many existing iPS cell lines limits their potential use for research and therapy. Here we describe the systematic generation, genotyping and phenotyping of 711 iPS cell lines derived from 301 healthy individuals by the Human Induced Pluripotent Stem Cells Initiative. Our study outlines the major sources of genetic and phenotypic variation in iPS cells and establishes their suitability as models of complex human traits and cancer. Through genome-wide profiling we find that 5–46% of the variation in different iPS cell phenotypes, including differentiation capacity and cellular morphology, arises from differences between individuals. Additionally, we assess the phenotypic consequences of genomic copy-number alterations that are repeatedly observed in iPS cells. In addition, we present a comprehensive map of common regulatory variants affecting the transcriptome of human pluripotent cells. Genetic and phenotypic analysis reveals expression quantitative trait loci in human induced pluripotent stem cell lines associated with cancer and disease. The Human Induced Pluripotent Stem Cells Initiative (HipSci) has resulted in the generation, genotyping and phenotyping of more than 700 human induced pluripotent stem (iPS) cell lines derived from 300 healthy individuals. Although analysis of these data indicates that most of the variations in phenotypes between cells arise from variations between individuals, the authors also assess the consequences of the rare genetic defects that are recurrently seen in iPS cells after reprogramming and provide a map of the common regulatory variants that can change the transcriptome of human pluripotent cells. This resource will be useful for genetic studies of complex traits and cancer.

Large cohorts of human induced pluripotent stem cells (iPSCs) from healthy donors are a potentially powerful tool for investigating the relationship between genetic variants and cellular phenotypes. Here we integrate high content imaging, gene expression and DNA sequence datasets from over 100 human iPSC lines to explore the genetic basis of inter-individual variability in cell behaviour. By applying a dimensionality reduction approach, Probabilistic Estimation of Expression Residuals (PEER), we extracted factors that captured the effects of intrinsic (genetic) and extrinsic (environmental) conditions. We identified genes that correlated in expression with intrinsic and extrinsic PEER factors and mapped outlier cell behaviour to expression of genes containing rare deleterious SNVs. Our study thus establishes a strategy for determining the genetic basis of inter-individual variability in cell behaviour.

Induced pluripotent stem cell (iPSC) technology has enormous potential to provide improved cellular models of human disease. However, variable genetic and phenotypic characterisation of many existing iPSC lines limits their potential use for research and therapy. Here, we describe the systematic generation, genotyping and phenotyping of 522 open access human iPSCs derived from 189 healthy male and female individuals as part of the Human Induced Pluripotent Stem Cells Initiative (HipSci: http://www.hipsci.org). Our study provides a comprehensive picture of the major sources of genetic and phenotypic variation in iPSCs and establishes their suitability for use in genetic studies of complex human traits and cancer. Using a combination of genome-wide analyses we find that 5-25% of the variation in different iPSC phenotypes, including differentiation capacity and cellular morphology, arises from differences between individuals. We also assess the phenotypic effects of rare, genomic copy number mutations that are recurrently seen following iPSC reprogramming and present an initial map of common regulatory variants affecting the transcriptome of pluripotent cells in humans.