人类早期胚胎发育调控研究获新突破

晓说

       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在通过精子和卵母细胞传递给下一代的过程中，DNA甲基化及去甲基化扮演着极其重要的角色。我国学者的一项最新研究，在全基因组水平上分析了人类植入前胚胎的DNA甲基化动态模式，从而在国际上首次实现了人类早期胚胎发育过程DNA甲基化调控机理的系统研究。7月23日，相关研究论文在国际顶级期刊《自然》上在线发表。
　　此项研究由北京大学第三医院乔杰研究组与北京大学生命科学学院汤富酬研究组合作完成。研究人员指出，这一研究的发现为人们提供了一个全面的人类早期胚胎DNA甲基化调控网络研究框架，对于人类认识自身早期胚胎发育过程中表观遗传调控机制、辅助生殖技术的安全性评估与改善、临床上疑难病例的诊治均具有重要意义。
　　据介绍，DNA甲基化是一种重要的表观遗传修饰形式，在许多生物学过程中发挥至关重要的作用，包括基因表达调控、基因印记维持、X染色体失活状态维持以及抑制转座子重复序列的转座等。其中，哺乳动物甲基化组最显著的全基因组范围的改变发生于胚胎植入前发育过程以及原始生殖细胞分化、发育过程。然而，由于技术上的困难以及所需研究材料的缺乏，研究人员一直无法在全基因组水平上分析人类植入前胚胎的DNA甲基化动态模式。
　　研究人员介绍，该研究成果主要体现在5个方面：第一，受精前，精子和卵母细胞中的DNA甲基化程度均很高，而受精后，父母的表观遗传记忆均被大规模擦除，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。第二，受精前，精子基因组DNA甲基化程度显著高于卵母细胞，而在受精之后，来自精子的父源DNA去甲基化速度快于来自卵母细胞的母源DNA去甲基化速度。到受精卵晚期，父源DNA甲基化程度已经低于母源DNA甲基化程度。第三，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。第四，在人类早期胚胎DNA甲基化组的大规模去甲基化过程中，与进化上更年轻、更活跃的转座子相比，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。这表明，人类早期胚胎在植入前发育过程中，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巧妙地取得了平衡。第五，首次发现在人类卵母细胞中的非CpG位点上存在大量的DNA甲基化，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