作者:汤富酬等 来源:《自然》 发布时间:2014-7-25 14:25:43
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世界首个人类早期胚胎DNA甲基化全景图谱问世

插图1-人类早期胚胎DNA甲基化的动态变化

插图2-人类早期胚胎DNA甲基化变化模式

7月23日, 北京大学生命科学学院生物动态光学成像中心汤富酬研究组和北京大学第三医院乔杰研究组合作在国际知名期刊《自然》上在线发表题为“The DNA methylation landscapes of human early embryos”的文章,利用该团队去年在《基因组研究》上发表的单细胞DNA甲基化组高通量测序方法(Genome Res. 2013 Dec;23(12):2126-35.),在国际上首次实现了对人类早期胚胎发育过程中DNA甲基化组的系统研究,揭示了人类早期胚胎DNA去甲基化过程的异质性和其他独特特点。

DNA甲基化在基因表达调控、基因印记的维持、X染色体失活状态的维持、以及抑制转座子重复序列的转座等方面都有非常重要的作用。而哺乳动物的胚胎发育起始于单个受精卵细胞,父母的表观遗传记忆信息(主要是DNA甲基化)需要在精子和卵细胞结合后被擦除,只保留特定的部分传递给下一代的个体。此前还没有关于人类早期胚胎的DNA甲基化组的研究报道。

北京大学乔杰研究组和汤富酬研究组合作,利用微量细胞甚至单个细胞DNA甲基化组高通量测序技术首次解析了人类早期胚胎的DNA甲基化调控网络,主要发现有:(1)在受精之前,精子和卵细胞中的DNA甲基化程度都很高;而在受精之后,父母的表观遗传记忆都被大规模擦除,到植入前的囊胚阶段,胚胎的DNA甲基化水平降到最低点。但是在这一全基因组范围的DNA去甲基化过程中,标记着印记基因的DNA甲基化得以精确维持和保留;(2)在受精之前,精子基因组DNA甲基化程度显著高于卵细胞,而在受精之后来自精子的父源DNA去甲基化的速度快于来自卵细胞的母源DNA。到受精卵晚期,父源DNA甲基化程度已经低于母源DNA的甲基化程度;(3)受精卵基因组DNA去甲基化过程呈现强烈的异质性,在相同发育阶段的不同受精卵中,基因组DNA的甲基化程度有显著差异;(4)在人类早期胚胎DNA甲基化组的大规模去甲基化过程中,相比于进化上更年轻、更活跃的转座子,进化上更古老的转座子重复序列上的DNA去甲基化程度更彻底,说明人类早期胚胎在植入前的发育过程中巧妙地在擦去表观遗传记忆和抑制转座子重复序列的转座活性之间取得了平衡。(5)首次发现在人类卵母细胞中的非CpG位点上存在相对较高的DNA甲基化修饰,并且发现基因区的非CpG位点的甲基化程度跟相应基因的表达成正相关关系,说明非CpG位点的甲基化可能参与调控基因转录。

此项研究工作为人们提供了一个全面分析人类早期胚胎DNA甲基化调控网络的研究框架,对于加深对人类早期胚胎发育表观遗传调控机制的认识、改进辅助生殖技术的安全性评估、以及促进临床上早期胚胎发育异常疑难病例的诊治具有非常重要的意义。

北京大学第三医院生殖医学中心的乔杰教授以及北京大学生命科学学院生物动态光学成像中心的汤富酬研究员是该论文的共同通讯作者,北大生科院研究生郭红山、朱平,以及北医三院的闫丽盈博士和李蓉博士是这篇论文的并列第一作者。该项研究得到了国家重大科学研究计划、国家自然科学基金和北京市科学技术委员会前沿项目基金的支持。(来源:科学网)

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Nature论文原文(英文)

Nature评述(英文)

 
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