2020年7月17日，同濟(jì)大學(xué)高紹榮教授團(tuán)隊(duì)在《Protein & Cell》雜志（IF：10.16）發(fā)表特邀綜述“Insights into epigenetic patterns in mammalian early embryos”，詳細(xì)總結(jié)了近年來利用微量細(xì)胞多組學(xué)的方法對哺乳動(dòng)物早期胚胎發(fā)育過程中表觀遺傳重塑機(jī)制研究的最新進(jìn)展，比較了這些重編程事件在小鼠和人類之間的異同，并探討了表觀修飾如何調(diào)控體細(xì)胞核移植過程中細(xì)胞命運(yùn)的轉(zhuǎn)變。
哺乳動(dòng)物的早期胚胎發(fā)育經(jīng)歷了劇烈細(xì)胞命運(yùn)轉(zhuǎn)變，重編程調(diào)控網(wǎng)絡(luò)必須精準(zhǔn)運(yùn)作方可保證胚胎正常發(fā)育，表觀遺傳信息在維持細(xì)胞命運(yùn)和控制基因表達(dá)中起著重要作用，解析其潛在的分子機(jī)制對解析胚胎發(fā)育的調(diào)控機(jī)理，促進(jìn)再生醫(yī)學(xué)以及生殖醫(yī)學(xué)的發(fā)展有重要的意義。
受精作用起始于精子與卵母細(xì)胞的結(jié)合，在這個(gè)過程中，細(xì)胞的表觀修飾經(jīng)歷了大規(guī)模的重編程以獲得全能性，表觀修飾重編程的不完全是胚胎發(fā)育異常的重要原因。受到細(xì)胞量的限制，該領(lǐng)域的研究一直進(jìn)展比較緩慢，近年來，得益于微量細(xì)胞多組學(xué)技術(shù)的發(fā)展，包括我們課題組在內(nèi)的多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)對哺乳動(dòng)物早期胚胎發(fā)育過程中全基因組水平的多種表觀修飾變化進(jìn)行了系統(tǒng)地分析。在這篇綜述中，作者詳細(xì)總結(jié)了近年來利用微量細(xì)胞多組學(xué)技術(shù)對哺乳動(dòng)物早期胚胎中DNA甲基化修飾、組蛋白修飾、染色質(zhì)開放程度以及染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律和調(diào)控機(jī)制，這些研究為進(jìn)一步研究早期胚胎發(fā)育的表觀遺傳調(diào)控機(jī)制提供了很好的基礎(chǔ)。
另外，綜述中還提出了該領(lǐng)域待解決的重要科學(xué)問題和研究熱點(diǎn)。由于微量表觀基因組的研究，我們對植入前發(fā)育的表觀遺傳重編程機(jī)制的理解有了很大提高。然而，如何在不同的基因組位點(diǎn)上調(diào)節(jié)重編程仍然未知。在位點(diǎn)特異性的表觀遺傳修飾轉(zhuǎn)變中，轉(zhuǎn)錄因子的識(shí)別發(fā)揮重要作用。進(jìn)一步的機(jī)制研究需要進(jìn)行多組學(xué)分析以闡明全能性獲得和細(xì)胞命運(yùn)決定的基本原理，這將增進(jìn)我們對細(xì)胞命運(yùn)轉(zhuǎn)變和哺乳動(dòng)物早期發(fā)育的了解。
同濟(jì)大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院博士研究生徐睿敏、副研究員李翀為本文的共同第一作者，高紹榮教授和劉曉雨研究員為本文的共同通訊作者。該研究得到了科技部、基金委和上海市科委項(xiàng)目支持。
圖1 小鼠早期胚胎發(fā)育組蛋白修飾和染色質(zhì)可及性的表觀基因組重編程。
圖2 人類植入前胚胎發(fā)育過程中動(dòng)態(tài)組蛋白修飾和染色質(zhì)可及性。
圖3 小鼠和人類配子和植入前胚胎中的高級染色質(zhì)組織