中科院Cell發表表觀遺傳突破性發現
日期：2013-05-13 09:11:30
來自中科院北京基因研究所的研究人員在斑馬魚實驗中證實，早期胚胎過程中維持了精子而非卵母細胞的DNA甲基化組（Methylome）。這一突破性的研究發現以封面文章形式發表在5月9日的《細胞》（Cell）雜志上。
來自中科院北京基因研究所的劉江(Jiang Liu)博士和慈維敏(Weimin Ci)博士是這篇論文的共同通訊作者。前者主要從事癌癥發病機制研究，尋找與癌癥發病過程相關的遺傳學和表觀遺傳學變異。后者主要專注于腫瘤基因組學研究。
多細胞生物的個體發育是一個復雜而奇妙的過程，從最原始的一個受精卵細胞發育成由不同細胞類型組成的個體，細胞的多樣性在時間與空間上被體現出來。而這些不同細胞類型的大部分基因序列并沒有改變，因此各種基因是如何實現時間空間上的表達調控等問題成為了后基因組學時代重大的科學研究問題。以染色質共價修飾為主要標志的表觀遺傳學(epigenetics)，基于其不改變基因序列而引起可遺傳的基因轉錄調控理論，為解決這一科學問題提供了一個新的研究方向。
以往的研究表明基因組印記和核重編程對于胚胎的存活及隨后的發育均至關重要。在受精后，特定基因（一些來自母親，一些來自父親）上某些表觀遺傳學標記得以保存下來。這些基因被說成是打上了來源于父母的“印記”，這些標記的保存對于新形成胚胎的存活至關重要。以適當的水平表達這些印記基因是確保胚胎的正常發育的必要條件。如果這些印記基因上的表觀遺傳學標記不受到保護，就會導致胚胎出現嚴重的和多種發育缺陷。
所謂核重編程則是指，來自精子和卵子DNA上的大多數表觀遺傳學標記被刪除的過程，它使得來自父母的基因被重新設置以確保早期胚胎細胞能夠發育形成機體的所有細胞類型。然而直到現在對于影響早期胚胎階段這兩個過程的基本機制仍不是很清楚。
在這篇新文章中，研究人員繪制了斑馬魚配子和早期胚胎中，9個時期單堿基分辨率的DNA甲基化組圖譜。發現相比于精子，卵母細胞甲基化組顯著低甲基化。然而令研究人員感到驚訝地是，他們發現在整個早期胚胎發生過程中父親的DNA甲基化模式都得以維持。而母源DNA甲基化模式僅維持至16細胞期，隨后卵母細胞甲基化組隨著細胞分裂逐漸被清除，并漸進性地重編程為與精子甲基化組相似的模式。母源DNA中被動去甲基化的速率與從頭甲基化（de novo methylation）的速率相似。到中囊胚階段時，胚胎甲基化組與精子甲基化組幾乎相同。并且，遺傳精子甲基化組幫助了胚胎發生過程中的表觀遺傳調控。
這一新研究顛覆了傳統的遺傳認知，證實除了DNA序列，早期胚胎遺傳了精子的甲基化組。這項研究對于更深入了解表觀遺傳學修飾的作用，以及研究人類疾病和發育非常重要的意義。
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