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生殖细胞表观遗传研究获新进展

  • 发布时间:2015-06-09 09:35:23  来源:健康报  作者:仰东萍 王 丹  责任编辑:朱苑桢

  日前,国际权威学术期刊《细胞》以封面文章的形式,发表了北京大学乔杰、汤富酬研究团队的研究成果——人类原始生殖细胞的转录组和DNA甲基化组景观图。该项成果为探究人类生殖细胞表观遗传重编程、DNA甲基化隔代遗传及干细胞向精卵定向分化等问题提供了理论基础,对开展辅助生殖技术安全性评估、疾病对后代影响评价等研究具有重要意义。

  据介绍,DNA甲基化是重要的表观遗传修饰方式,它不改变基因序列和功能,但能够通过改变染色质结构、DNA构象、DNA稳定性等,控制基因表达,影响胚胎发育、干细胞分化甚至癌症的发生。换句话说,我们从祖先那里获得的DNA只是遗传的基础,而基因如何表达,例如我们的眼睛和头发颜色更像爸爸还是妈妈,则有赖于DNA甲基化的调控。

  人类原始生殖细胞是发育为成熟的精子和卵细胞的前体细胞。人类胚胎在发育过程中有两轮大规模的DNA甲基化组重编程发生:第一轮发生在受精后的植入前胚胎中,第二轮发生在植入后的生殖细胞中。2014年,该课题组首先报告了人类植入前胚胎DNA甲基化特征,相关成果发表在《自然》杂志上。

  此次,研究团队对人类胚胎中第二轮DNA甲基化组重编程过程及其对基因表达网络的调控关系进行了分析。该研究主要取得5个重要进展。

  首先,在基因表达特征方面,处于发育早期阶段的人类原始生殖细胞与小鼠原始生殖细胞类似,印证了用小鼠作为模式动物研究原始生殖细胞发育过程的重要性。与小鼠不同的是,人类原始生殖细胞并不表达关键的转录因子基因SOX2,而表达SOX家族另两个基因SOX15和SOX17。其次,关于X染色体重新激活,在人类植入后的雌性胚胎中,每个细胞两条X染色体中的1条会随机失活,以保持两性的X染色体剂量相同。研究团队发现,在发育到第4周的人类雌性胚胎的生殖细胞中,失活的X染色体已经完成了重新激活,明显早于小鼠。三是人类原始生殖细胞会经历大规模的DNA甲基化擦除,并且在发育到第10周~11周时,DNA甲基化水平会从植入后早期胚胎中的92%降低到7%左右,达到最低点。四是包括微卫星序列ALR在内的一些重复序列元件,其DNA甲基化不会被完全擦除,为人类隔代遗传现象的表观遗传学分析提供了有用线索。五是在如此大规模的DNA甲基化组重编程过程中,转录组水平的基因表达网络保持了高度稳定,提示表观遗传调控的其他关键组分特别是组蛋白的各种共价修饰,在这一过程可能起了关键作用。

  北京大学的郭帆博士、闫丽盈博士、博士生郭红山、博士生李琳是这篇论文的并列第一作者。

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