Cell揭示小鼠著床前發育過程中的染色質調控景觀

日期：2016-06-06 09:12:58

來自波士頓兒童醫院、美國國立衛生研究院的研究人員揭示出了，小鼠著床前發育過程中的染色質調控景觀。這項重要的研究工作發布在6月2日的《細胞》（Cell）雜志上。

終末分化的精子和卵子以不同的方式組織基因組。精子基因組與魚精蛋白包裝在一起，卵子基因組被核小體占據，無轉錄活性。當受精時，緊密包裝的精子基因組會經歷從頭核小體裝配。隨后兩個親本基因組發生復制，復制染色體平均分配到2細胞胚胎的兩個卵裂球中。經過數次卵裂，胚胎進入桑椹胚期，此時開始第一次的細胞譜系專向分化，在植入子宮前生成囊胚滋養外胚層和內細胞團(ICM)。

特定狀態下的細胞擁有一組定義的、反式作用因子可接近的順式調控元件，構成了這一細胞狀態染色質調控網絡的基礎。了解著床前發育過程中染色質可接近性的動態或可提供這一過程中有關染色質和細胞命運調控的一些重要見解。

DNase I超敏性是染色質可接近性最好的測量指標之一，被廣泛地用于繪制功能性元件，包括啟動子、增強子、絕緣子和基因座控制區域。近期，DNase I處理結合高通量DNA測序(DNase-seq)使得研究人員能夠高分辨率、全基因組繪制DNase I超敏位點(DHSs)。利用這一策略，已在各種組織和細胞類型中鑒別出了哺乳動物基因組中數百萬的調控元件。盡管DNase-seq分辨率高且技術強大，由于需要數百萬的細胞，限制了它在罕見生物樣本中的應用。因此，目前尚不清楚在早期胚胎過程中多能內細胞團DHS景觀最初建立的機制。

在這篇Cell文章中，研究人員報告稱他們開發出了一種liDNase-seq方法，使得他們能夠繪制出從1細胞到桑椹胚期小鼠著床前胚胎的DHS圖譜。他們證實DHS景觀是逐步建立的，在8細胞階段顯著增長。在受精后親本染色質可接近性快速重編程至與母本染色質相似的水平，而印記基因顯示出等位基因可接近性偏倚。研究人員證實在2細胞期轉錄因子Nfya促成了受精卵基因組激活和DHS形成， Oct4則促成了在8細胞期獲得的DHSs。

新研究揭示出了早期發育過程中動態染色質調控景觀，并確定了一些對哺乳動物胚胎中DHS建立極為重要的關鍵轉錄因子。

DHS是對DNaseⅠ高度敏感的活性染色質區域。哺乳動物細胞的DHS定位，能夠提供轉錄調控元件和染色質狀態的重要信息，一直是科學家們的研究熱點。DNase-seq是進行全基因組DHS分析的常用方法，不過DNase-seq需要數百萬細胞，大大限制了該技術的應用范圍。美國NIH的研究團隊為此開發了在單細胞中檢測全基因組DHS的超靈敏策略，并將其命名為單細胞DNase測序（scDNase-seq）。這一成果發表2015年11月的Nature雜志上。