我國科學(xué)家揭示人類早期胚胎發(fā)育中的組蛋白修飾重編程

在真核生物中，組蛋白與帶負(fù)電荷的雙螺旋DNA組裝成核小體。因氨基酸成分和分子量不同，組蛋白主要分成5類：H1，H2A，H2B，H3和H4。除H1外，其他4種組蛋白均分別以二聚體形式相結(jié)合，形成核小體核心。DNA便纏繞在核小體的核心上。而H1則與核小體間的DNA結(jié)合。

組蛋白修飾（histone modification）是指組蛋白在相關(guān)酶作用下發(fā)生甲基化、乙?；⒘姿峄?、腺苷酸化、泛素化、ADP核糖基化等修飾的過程。

組蛋白上發(fā)生甲基化的位點(diǎn)是賴氨酸和精氨酸。賴氨酸能夠分別發(fā)生一、二、三甲基化，精氨酸只能發(fā)生一、二甲基化。在組蛋白H3上，共有5個(gè)賴氨酸位點(diǎn)可以發(fā)生甲基化修飾。一般來說，組蛋白H3K4的甲基化主要聚集在活躍轉(zhuǎn)錄的啟動(dòng)子區(qū)域。組蛋白H3K9的甲基化與基因的轉(zhuǎn)錄抑制及異染色質(zhì)有關(guān)。H3K27甲基化可導(dǎo)致相關(guān)基因的沉默，并且與X染色體失活相關(guān)。H3K36的甲基化與基因轉(zhuǎn)錄激活相關(guān)。

組蛋白修飾調(diào)節(jié)基因表達(dá)和發(fā)育。在一項(xiàng)新的研究中，為了解決在人類早期發(fā)育中組蛋白修飾如何發(fā)生重編程，中國清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院的頡偉（Wei Xie）課題組、鄭州大學(xué)**附屬醫(yī)院的孫瑩璞（Ying-Pu Sun）課題組和徐家偉（Jiawei Xu）課題組研究了人卵母細(xì)胞和早期胚胎中的關(guān)鍵組蛋白標(biāo)記。相關(guān)研究結(jié)果于2019年7月4日在線發(fā)表在Science期刊上，論文標(biāo)題為“Resetting histone modifications during human parental-to-zygotic transition”。

在小鼠卵母細(xì)胞中，H3K4me3與H3K27me3都表現(xiàn)出與體細(xì)胞不同的非經(jīng)典分布規(guī)律。與小鼠中不同的是，允許性標(biāo)記H3K4me3在人卵母細(xì)胞的啟動(dòng)子中主要表現(xiàn)出經(jīng)典的分布模式。在受精后，合子基因組激活（zygotic genome activation, ZGA）前的胚胎在富含CpG的調(diào)節(jié)區(qū)域中獲得可訪問性的染色質(zhì)和廣泛的H3K4me3。相比之下，抑制性標(biāo)記H3K27me3經(jīng)歷全局性消除。隨后，一旦合子基因組激活，富含CpG的調(diào)節(jié)區(qū)域轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚曰蛞种茽顟B(tài)，隨后在發(fā)育基因上恢復(fù)H3K27me3。

最后，通過結(jié)合染色質(zhì)和轉(zhuǎn)錄組圖譜，這些研究人員揭示出早期譜系特化期間的轉(zhuǎn)錄程序和不對稱的H3K27me3分布模式。

總的來說，這些數(shù)據(jù)揭示出一種預(yù)備性階段（priming phase）與人類親本-合子轉(zhuǎn)變表觀遺傳轉(zhuǎn)變（parental-to-zygotic epigenetic transition）關(guān)聯(lián)在一起。