清华大学颉伟和那洁研究组揭示组蛋白修饰代间遗传和重编程模式_91化工仪器网

 2016年9月15日，国际学术刊物自然出版集团《Nature》杂志上在线发表了清华大学生命科学学院颉伟研究组和清华大学医学院那洁研究组领衔、联合新加坡临床科学研究院的徐丰组、同济大学高绍荣组、清华大学孟安明组和纪家葵组的研究团队题为《哺乳动物早期发育中组蛋白修饰H3K4me3的亲本特异重编程》(Allelic reprogramming of the histone modification H3K4me3 in early mammalian development)的研究论文。清华大学直博生张冰洁和李文治、博士生郑辉、北京大学博士生黄波为论文共同*作者。颉伟研究员和那洁研究员为论文共同通讯作者。

组蛋白修饰是表观遗传信息的重要载体和生命活动的重要调控因子。然而，由于实验手段的限制，组蛋白修饰是否能够从亲代传递到子代，以及如何传递是表观遗传学领域长久以来悬而未决的问题。清华大学颉伟组通过优化传统染色质免疫共沉淀(ChIP)技术，结合新型的建库技术(P)，开发出了一套适用于极低细胞量的染色质免疫共沉淀-建库技术(STAR ChIP-seq)，并成功将其应用在小鼠早期胚胎中组蛋白修饰研究，揭示了组蛋白修饰在受精前后遗传和重编程的模式和分子调控机制。

论文中，研究人员主要报道了STAR ChIP-seq技术的开发以及利用STAR ChIP-seq研究组蛋白修饰H3K4me3从亲代到子代的遗传模式。研究者发现，在受精卵中，父本基因组上已经很难检测到明显的H3K4me3富集信号，提示精子来源的绝大部分H3K4me3可能已被擦除。在两细胞晚期阶段合子基因组激活之后，父本基因组重新建立了新的H3K4me3信号。与之相对的是，卵子中的H3K4me3在受精后被暂时保留了下来并一直持续到合子基因组激活之前。令人惊奇的是，研究人员意外发现在成熟的卵细胞中H3K4me3展现出了一种完全不同于以往任何一种细胞中的富集模式(non-canonical H3K4me3, or ncH3K4me3)。ncH3K4me3以一种broad的形式出现，除了启动子区域还出现在大量的非启动子区包括基因间区(intergenic region) 。与经典H3K4me3不同，ncH3K4me3富集在CpG含量较低区域。在卵细胞中，ncH3K4me3特异性地占据了DNA甲基化偏低的区域。在二细胞晚期合子基因组激活之后，ncH3K4me3 被迅速擦除，并且这种擦除是主动的而不依赖于细胞分裂的被动稀释。与此同时，胚胎重新建立了经典的H3K4me3信号。zui后，由于ncH3K4me3正好出现在基因组沉默的发育时期，研究人员进一步探索了ncH3K4me3对基因组沉默的可能调控功能。通过在卵子中过表达H3K4me3的去甲基化酶KDM5B来去除H3K4me3，研究人员发现与基因激活相关的经典H3K4me3相反，ncH3K4me3可能对卵子的基因组沉默是必需的。

颉伟研究组同期在《Molecular Cell》杂志上发表相关研究论文：Mol Cel:清华大学颉伟研究组揭示组蛋白修饰代间遗传和重编程重塑表观记忆分子机理

图 H3K4me3从配子到子代的重编程过程

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