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我國科學家揭示人類早期胚胎發育中的組蛋白修飾重編程

2019-07-23 14:17來源:生物谷


在真核生物中,組蛋白與帶負電荷的雙螺旋DNA組裝成核小體。因氨基酸成分和分子量不同,組蛋白主要分成5類:H1,H2A,H2B,H3和H4。除H1外,其他4種組蛋白均分別以二聚體形式相結合,形成核小體核心。DNA便纏繞在核小體的核心上。而H1則與核小體間的DNA結合。


組蛋白修飾(histone modification)是指組蛋白在相關酶作用下發生甲基化、乙酰化、磷酸化、腺苷酸化、泛素化、ADP核糖基化等修飾的過程。


組蛋白上發生甲基化的位點是賴氨酸和精氨酸。賴氨酸能夠分別發生一、二、三甲基化,精氨酸只能發生一、二甲基化。在組蛋白H3上,共有5個賴氨酸位點可以發生甲基化修飾。一般來說,組蛋白H3K4的甲基化主要聚集在活躍轉錄的啟動子區域。組蛋白H3K9的甲基化與基因的轉錄抑制及異染色質有關。H3K27甲基化可導致相關基因的沉默,并且與X染色體失活相關。H3K36的甲基化與基因轉錄激活相關。


組蛋白修飾調節基因表達和發育。在一項新的研究中,為了解決在人類早期發育中組蛋白修飾如何發生重編程,中國清華大學生命科學學院的頡偉(Wei Xie)課題組、鄭州大學**附屬醫院的孫瑩璞(Ying-Pu Sun)課題組和徐家偉(Jiawei Xu)課題組研究了人卵母細胞和早期胚胎中的關鍵組蛋白標記。相關研究結果于2019年7月4日在線發表在Science期刊上,論文標題為“Resetting histone modifications during human parental-to-zygotic transition”。


在小鼠卵母細胞中,H3K4me3與H3K27me3都表現出與體細胞不同的非經典分布規律。與小鼠中不同的是,允許性標記H3K4me3在人卵母細胞的啟動子中主要表現出經典的分布模式。在受精后,合子基因組激活(zygotic genome activation, ZGA)前的胚胎在富含CpG的調節區域中獲得可訪問性的染色質和廣泛的H3K4me3。相比之下,抑制性標記H3K27me3經歷全局性消除。隨后,一旦合子基因組激活,富含CpG的調節區域轉變為活性或抑制狀態,隨后在發育基因上恢復H3K27me3。


最后,通過結合染色質和轉錄組圖譜,這些研究人員揭示出早期譜系特化期間的轉錄程序和不對稱的H3K27me3分布模式。


總的來說,這些數據揭示出一種預備性階段(priming phase)與人類親本-合子轉變表觀遺傳轉變(parental-to-zygotic epigenetic transition)關聯在一起。