生命學(xué)院頡偉研究組發(fā)現(xiàn)哺乳動(dòng)物著床前胚胎染色質(zhì)動(dòng)態(tài)調(diào)控圖譜

清華新聞網(wǎng)6月24日電 6月15日，清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院頡偉研究組在《自然》以長(zhǎng)文形式報(bào)道哺乳動(dòng)物著床前胚胎染色質(zhì)動(dòng)態(tài)調(diào)控圖譜。

在生命起始時(shí)期，精子和卵子的結(jié)合啟動(dòng)了一系列劇烈的染色體重編程事件。這種重編程能夠幫助介導(dǎo)基因組轉(zhuǎn)錄的重新啟動(dòng)，塑造嶄新的全能性胚胎，并為之后的胚胎發(fā)育和組織分化奠定基礎(chǔ)。然而在這個(gè)過(guò)程中受精卵的染色體到底是如何動(dòng)態(tài)變化的，染色質(zhì)的重編程又是如何協(xié)助胚胎特異基因激活這兩個(gè)問(wèn)題一直是未解之謎。但由于早期胚胎材料的稀缺，目前的技術(shù)手段都難以施展該項(xiàng)研究。

開(kāi)放染色質(zhì)定位技術(shù)（ATAC-seq）和線粒體DNA去除技術(shù)（CARM）用于研究早期胚胎的開(kāi)放染色質(zhì)區(qū)域。

基因轉(zhuǎn)錄的關(guān)鍵調(diào)控元件通常坐落在染色質(zhì)開(kāi)放區(qū)域。在前期斯坦福大學(xué)開(kāi)發(fā)的少量細(xì)胞染色質(zhì)開(kāi)放區(qū)域定位技術(shù)（ATAC-seq）的基礎(chǔ)上，清華大學(xué)頡偉組利用CRISPR基因編輯系統(tǒng)，成功克服了早期胚胎中大量母源線粒體基因組DNA對(duì)該技術(shù)的干擾，呈現(xiàn)了小鼠胚胎早期發(fā)育中開(kāi)放染色質(zhì)和基因調(diào)控元件的精確動(dòng)態(tài)調(diào)控圖譜。該研究發(fā)表在6月15日的《自然》雜志上。

從這一工作中，研究人員發(fā)現(xiàn)胚胎中來(lái)源于父母本的兩套染色體在2細(xì)胞時(shí)期已經(jīng)建立了相似的染色質(zhì)開(kāi)放區(qū)域。除了在基因啟動(dòng)子，這些區(qū)域還特異地集中在基因組的重復(fù)序列和基因轉(zhuǎn)錄的終止位置。這些發(fā)現(xiàn)暗示著在胚胎早期發(fā)育過(guò)程中存在著更為豐富的調(diào)控方式。另外，研究人員還通過(guò)開(kāi)放染色質(zhì)鑒定到可能的基因調(diào)控元件和相關(guān)的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子，并通過(guò)基因敲低實(shí)驗(yàn)證實(shí)了其中兩個(gè)轉(zhuǎn)錄因子對(duì)胚胎中最早細(xì)胞分化的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄程序起重要的調(diào)控作用。最后，研究人員檢測(cè)了胚胎基因組激活前的染色質(zhì)狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)該時(shí)期的染色體不同于基因組激活后的胚胎和體細(xì)胞，可能處于一種整體更加松散的狀態(tài)。綜上所述，這項(xiàng)工作不僅發(fā)現(xiàn)了哺乳動(dòng)物早期發(fā)育過(guò)程中染色體動(dòng)態(tài)變化的特征以及可能的調(diào)控元件和轉(zhuǎn)錄因子，還揭示了在這個(gè)過(guò)程中染色質(zhì)和轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件不同于體細(xì)胞的特殊作用模式。

 
早期胚胎發(fā)育中合子基因組激活（ZGA）前后不同時(shí)期的染色質(zhì)狀態(tài)。

清華大學(xué)生命學(xué)院頡偉研究員為本文通訊作者，清華大學(xué)生命學(xué)院PTN項(xiàng)目博士生吳婧怡和北京大學(xué)前沿交叉學(xué)科研究院CLS項(xiàng)目博士生黃波為本文共同第一作者。合作實(shí)驗(yàn)室包括清華大學(xué)生命學(xué)院楊雪瑞組，醫(yī)學(xué)院那潔組，和新加坡科技研究局、新加坡臨床科學(xué)研究院的徐豐組。課題得到了清華大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心和生物醫(yī)學(xué)測(cè)試中心基因測(cè)序平臺(tái)的大力協(xié)助和支持。該研究獲得了國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973計(jì)劃）、國(guó)家自然科學(xué)基金委優(yōu)秀青年基金以及生命科學(xué)聯(lián)合中心的經(jīng)費(fèi)支持。

論文鏈接：http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature18606.html

供稿：生命學(xué)院 編輯：李華山