Defined transcription factors can induce epigenetic reprogramming of adult mammalian cells into induced pluripotent stem cells. Although DNA factors are integrated during some reprogramming methods, it is unknown whether the genome remains unchanged at the single nucleotide level. Here we show that 22 human induced pluripotent stem (hiPS) cell lines reprogrammed using five different methods each contained an average of five protein-coding point mutations in the regions sampled (an estimated six protein-coding point mutations per exome). The majority of these mutations were non-synonymous, nonsense or splice variants, and were enriched in genes mutated or having causative effects in cancers. At least half of these reprogramming-associated mutations pre-existed in fibroblast progenitors at low frequencies, whereas the rest occurred during or after reprogramming. Thus, hiPS cells acquire genetic modifications in addition to epigenetic modifications. Extensive genetic screening should become a standard procedure to ensure hiPS cell safety before clinical use.

Our understanding of Alzheimer's disease pathogenesis is currently limited by difficulties in obtaining live neurons from patients and the inability to model the sporadic form of the disease. It may be possible to overcome these challenges by reprogramming primary cells from patients into induced pluripotent stem cells (iPSCs). Here we reprogrammed primary fibroblasts from two patients with familial Alzheimer's disease, both caused by a duplication of the amyloid-β precursor protein gene (APP; termed APP(Dp)), two with sporadic Alzheimer's disease (termed sAD1, sAD2) and two non-demented control individuals into iPSC lines. Neurons from differentiated cultures were purified with fluorescence-activated cell sorting and characterized. Purified cultures contained more than 90% neurons, clustered with fetal brain messenger RNA samples by microarray criteria, and could form functional synaptic contacts. Virtually all cells exhibited normal electrophysiological activity. Relative to controls, iPSC-derived, purified neurons from the two APP(Dp) patients and patient sAD2 exhibited significantly higher levels of the pathological markers amyloid-β(1-40), phospho-tau(Thr 231) and active glycogen synthase kinase-3β (aGSK-3β). Neurons from APP(Dp) and sAD2 patients also accumulated large RAB5-positive early endosomes compared to controls. Treatment of purified neurons with β-secretase inhibitors, but not γ-secretase inhibitors, caused significant reductions in phospho-Tau(Thr 231) and aGSK-3β levels. These results suggest a direct relationship between APP proteolytic processing, but not amyloid-β, in GSK-3β activation and tau phosphorylation in human neurons. Additionally, we observed that neurons with the genome of one sAD patient exhibited the phenotypes seen in familial Alzheimer's disease samples. More generally, we demonstrate that iPSC technology can be used to observe phenotypes relevant to Alzheimer's disease, even though it can take decades for overt disease to manifest in patients.

Yes-associated protein (YAP) is a potent transcription coactivator acting via binding to the TEAD transcription factor, and plays a critical role in organ size regulation. YAP is phosphorylated and inhibited by the Lats kinase, a key component of the Hippo tumor suppressor pathway. Elevated YAP protein levels and gene amplification have been implicated in human cancer. In this study, we report that YAP is inactivated during embryonic stem (ES) cell differentiation, as indicated by decreased protein levels and increased phosphorylation. Consistently, YAP is elevated during induced pluripotent stem (iPS) cell reprogramming. YAP knockdown leads to a loss of ES cell pluripotency, while ectopic expression of YAP prevents ES cell differentiation in vitro and maintains stem cell phenotypes even under differentiation conditions. Moreover, YAP binds directly to promoters of a large number of genes known to be important for stem cells and stimulates their expression. Our observations establish a critical role of YAP in maintaining stem cell pluripotency.

Background Neural induction of human pluripotent stem cells often yields heterogeneous cell populations that can hamper quantitative and comparative analyses. There is a need for improved differentiation and enrichment procedures that generate highly pure populations of neural stem cells (NSC), glia and neurons. One way to address this problem is to identify cell-surface signatures that enable the isolation of these cell types from heterogeneous cell populations by fluorescence activated cell sorting (FACS). Methodology/Principal Findings We performed an unbiased FACS- and image-based immunophenotyping analysis using 190 antibodies to cell surface markers on naïve human embryonic stem cells (hESC) and cell derivatives from neural differentiation cultures. From this analysis we identified prospective cell surface signatures for the isolation of NSC, glia and neurons. We isolated a population of NSC that was CD184+/CD271−/CD44−/CD24+ from neural induction cultures of hESC and human induced pluripotent stem cells (hiPSC). Sorted NSC could be propagated for many passages and could differentiate to mixed cultures of neurons and glia in vitro and in vivo. A population of neurons that was CD184−/CD44−/CD15LOW/CD24+ and a population of glia that was CD184+/CD44+ were subsequently purified from cultures of differentiating NSC. Purified neurons were viable, expressed mature and subtype-specific neuronal markers, and could fire action potentials. Purified glia were mitotic and could mature to GFAP-expressing astrocytes in vitro and in vivo. Conclusions/Significance These findings illustrate the utility of immunophenotyping screens for the identification of cell surface signatures of neural cells derived from human pluripotent stem cells. These signatures can be used for isolating highly pure populations of viable NSC, glia and neurons by FACS. The methods described here will enable downstream studies that require consistent and defined neural cell populations.