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nba投注开掘了人类中期胚胎发育进程中染色质变

来源:http://www.ricardocortezcruz.com 作者:nba投注 时间:2019-09-22 11:38

基因表达过程依赖于转录因子、染色质调控因子和染色质等生物大分子在布朗运动过程中的随机碰撞,因此,即使是基因型和分化类型完全相同的细胞在相同环境下也存在基因表达的差异,被称为基因表达噪音。研究基因表达噪音,对研究干细胞增殖分化、个体发育、病原菌的抗药性以及农作物的稳产有着重要的意义,而其在人类早期胚胎发育过程中的调节机制仍不清楚。

清华生命学院、医学院与郑州大学在《自然》合作发表人类早期胚胎染色质调控研究的论文


清华新闻网5月11日电 5月3日,清华大学生命学院颉伟研究组、医学院那洁研究组与郑州大学第一附属医院生殖医学中心孙莹璞研究组紧密合作,在《自然》期刊发表题为《人类早期胚胎染色质研究揭示基因组激活前后表观遗传转换规律》的研究论文,发现了人类早期胚胎发育过程中染色质变化与基因转录的密切关系。这一重要发现不仅有助于我们进一步理解人类胚胎发育过程中染色质调控机制,也为研究体外受精、试管婴儿等相关应用和胚胎发育相关疾病提供了理论基础。

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nba投注开掘了人类中期胚胎发育进程中染色质变化与基因转录的紧凑关系,开采了人类刚开始阶段胚胎发育过程中染色质变化与基因转录的紧密关系。部分研究人员合影,从左至右分别为:清华大学生命学院颉伟研究员、医学院那洁研究员、生命学院博士生刘伯峰、医学院博士生王培哲、医学院博士生段福宇

人类的个体生命起源于受精卵,受精卵在胚胎发育早期需要经历一系列剧烈的染色体重编程事件。近年来以小鼠为模式生物研究表明,胚胎染色体的重编程过程中,来源父母本染色体的开放状态、高级结构以及其携带的表观遗传信息都发生了巨大的改变。这些改变能够帮助介导受精卵基因组转录的重新启动,塑造崭新的全能性胚胎,并为之后的胚胎发育和组织分化奠定基础。

此前有报道发现,基因转录的关键调控元件通常坐落在染色质开放区域。这些调控元件与细胞类型特异的转录因子共同指导了细胞的命运决定和个体的发育。在人类胚胎发育过程中定位染色质的开放区域能够帮助我们鉴定这一过程的调控元件和重要的转录因子,并探究染色质的开放状态改变与基因转录的关系。但是在人类早期胚胎发育过程中,由于实验材料的稀缺,染色体在全基因组水平上的动态变化过程,以及其对胚胎基因转录的影响还鲜有研究。

为了探索人类早期胚胎染色质调控,清华大学颉伟组优化了现有的细胞染色质开放区域定位技术(ATAC-seq),实现了在极少量细胞水平上进行开放染色质区域的检测。进而与郑州大学第一附属医院孙莹璞研究组紧密合作,揭示了人类早期胚胎发育过程中开放染色质的调控规律。最后通过与清华大学医学院那洁实验室合作进行小鼠胚胎相关实验,发现染色质调控规律在人和小鼠胚胎发育过程中同时存在保守性和物种特异性。

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人类和小鼠早期胚胎基因组激活前后染色质开放性的调控模式

通过对人类胚胎发育中的开放染色质区域的研究,研究人员首先鉴定出了人体早期胚胎发育过中可能的重要转录因子,通过和小鼠早期胚胎发育调控的对比分析找到了物种保守和特异的转录因子。有趣的是,人体基因普遍是在受精后发育至8细胞时期才激活,而研究人员发现在基因组激活前的1到4细胞时期染色体上就存在大量的开放区域。这些开放区域很多集中在CpG—磷酸—鸟嘌呤)含量较高的启动子区。研究结果显示这种启动子区的提前开放与未来的基因激活相关。然而令研究人员惊讶的是,很多远端非启动子区也有很强的开放性,并且这些区域富集转录因子的结合位点。然而这些开放染色质区域随着全基因组转录的激活反而大量消失。随后细胞在很多新的调控元件位置建立起开放染色质区域。进一步研究发现,在1到4细胞时期远端开放染色质区域倾向于出现在母本染色体特异的DNA低甲基化区域。在小鼠胚胎中,这些DNA低甲基化区域也通常出现开放染色质,并且拥有一种参与转录沉默的特殊非经典组蛋白修饰H3K4me3。在小鼠基因组激活后,这种非经典修饰H3K4me3被擦除,同时伴随着这些区域染色质的关闭。

研究人员提出,这种早期胚胎基因组激活前特有的开放染色质区域可能作为一种特殊的染色质海湾 (“chromatin harbor”)可以暂时储存转录因子。合子基因组激活时,这些位点很快被关闭,转录因子可以释放至启动子区和其他调控区域来协助基因表达。这种在人类和小鼠胚胎发育中保守的染色质变化规律可能对于早期胚胎的基因组沉默以及随后的合子基因组激活具有重要作用。另外,研究人员还对比了原始态和始发态人体胚胎干细胞(na?ve hESC和primed hESC)的染色质开放性,并发现原始态人体胚胎干细胞更接近于人体早期胚胎的内细胞团、国家自然科学基金委优秀青年基金、国家自然科学基金委杰出青年基金、生命科学联合中心以及美国霍华德休斯医学研究所国际研究学者(HHMI International Research Scholar)的经费支持。

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供稿:生命学院 编辑:华山 审核:襄楠

5月3日,清华大学生命学院颉伟研究组、医学院那洁研究组与郑州大学第一附属医院生殖医学中心孙莹璞研究组紧密合作,在《自然》期刊发表题为《人类早期胚胎染色质研究揭示基因组激活前后表观遗传转换规律》(Chromatin analysis in human early development reveals epigenetic transition during ZGA)的研究论文,发现了人类早期胚胎发育过程中染色质变化与基因转录的密切关系。这一重要发现不仅有助于我们进一步理解人类胚胎发育过程中染色质调控机制,也为研究体外受精、试管婴儿等相关应用和胚胎发育相关疾病提供了理论基础。

中国科学院遗传与发育生物学研究所钱文峰研究组计算分析了人类胚胎的单细胞转录组数据,发现多种组蛋白修饰分别调控了基因表达水平和基因表达噪音。富集在启动子附近的组蛋白修饰,如H3K4甲基化,主要调节基因的平均表达水平;而富集在基因编码区的组蛋白修饰,如H3K79甲基化,可以降低基因表达噪音,即提高同类细胞间基因表达的一致性。敲除酵母细胞中H3K79甲基化酶,降低了H3K79甲基化修饰水平,同时观察到靶基因在细胞间的表达差异升高。与以上发现相一致,对基因表达水平敏感的基因(如信号通路中的基因,必须基因,编码蛋白质复合物的基因)主要受到基因编码区组蛋白的修饰;而环境响应相关的基因主要富集了启动子区域的组蛋白修饰。该研究揭示了组蛋白修饰在调控基因表达水平和基因表达噪音上的“分工”,为理解转录组进化提供了线索。

人类的个体生命起源于受精卵,受精卵在胚胎发育早期需要经历一系列剧烈的染色体重编程事件。近年来以小鼠为模式生物研究表明,胚胎染色体的重编程过程中,来源父母本染色体的开放状态、高级结构以及其携带的表观遗传信息都发生了巨大的改变。这些改变能够帮助介导受精卵基因组转录的重新启动,塑造崭新的全能性胚胎,并为之后的胚胎发育和组织分化奠定基础。

上述研究成果于6月30日在线发表于PLOS Computational Biology(DOI: 10.1371/journal.pcbi.1005585)。钱文峰研究组的博士研究生吴少欢和工程师李轲为该文章的共同第一作者,吴少欢和钱文峰为共同通讯作者。该研究得到了国家“973”项目的资助。

此前有报道发现,基因转录的关键调控元件通常坐落在染色质开放区域。这些调控元件与细胞类型特异的转录因子共同指导了细胞的命运决定和个体的发育。在人类胚胎发育过程中定位染色质的开放区域能够帮助我们鉴定这一过程的调控元件和重要的转录因子,并探究染色质的开放状态改变与基因转录的关系。但是在人类早期胚胎发育过程中,由于实验材料的稀缺,染色体在全基因组水平上的动态变化过程,以及其对胚胎基因转录的影响还鲜有研究。

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为了探索人类早期胚胎染色质调控,清华大学颉伟组优化了现有的细胞染色质开放区域定位技术,实现了在极少量细胞水平上进行开放染色质区域的检测。进而与郑州大学第一附属医院孙莹璞研究组紧密合作,揭示了人类早期胚胎发育过程中开放染色质的调控规律。最后通过与清华大学医学院那洁实验室合作进行小鼠胚胎相关实验,发现染色质调控规律在人和小鼠胚胎发育过程中同时存在保守性和物种特异性。

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