研究揭示人類早期胚胎組蛋白修飾重編程

　　2019年7月4日，鄭州大學孫瑩璞課題組與清華大學頡偉課題組在Science上發表研究長文Resetting histone modifications during human parental-to-zygotic transition，揭示了人類早期發育過程中組蛋白修飾的重編程過程。

表觀遺傳學修飾參與基因表達調控并影響個體發育。在哺乳動物早期胚胎發育過程中，卵細胞受精形成具有全能性的受精卵，并經過細胞分裂與分化形成囊胚，后者包含具有多能性的內細胞團。伴隨著發育的進行，表觀遺傳學修飾經歷了劇烈的重編程。近年來，以小鼠等模式生物為研究模型，DNA甲基化、染色質開放性、染色質高級結構以及組蛋白修飾等表觀遺傳學特征的動態變化過程和規律都逐漸被揭示。在這項研究中，頡偉實驗室利用并優化了蛋白與染色質結合位點檢測的新技術CUT&RUN（Cleavage Under Targets and Release Using Nuclease ），成功地在少至50細胞的樣品中實現了組蛋白修飾全基因分布的檢測。在人類發育成熟的卵母細胞和早期胚胎中檢測了H3K4me3，H3K27me3以及H3K27ac的動態變化。研究結果表明，人類早期胚胎發育過程中的組蛋白重編程經歷了和小鼠非常不同的動態變化。前期研究表明，在小鼠中，H3K4me3與H3K27me3均呈現與體細胞不同的非經典的分布規律。而在人類卵細胞中，H3K4me3與H3K27me3均呈現經典的分布模式。在受精后，小鼠中母源H3K27me3能夠傳遞至囊胚，而人類的H3K27me3在合子基因組激活前被大規模地去除，并在基因組激活后重新建立。H3K4me3在合子基因組激活前出現在許多啟動子區域以及基因遠端開放區域，并伴隨著這些區域染色質開放性的建立。研究團隊將這種H3K4me3稱之為預備性的H3K4me3（priming H3K4me3）狀態。在合子基因組激活后，這些區域會轉變為激活或抑制的狀態。研究人員提出了“表觀基因組重啟”模型。

　　這些結果揭示了人類早期發育中組蛋白修飾重編程的特殊性以及研究人類早期胚胎發育的重要性。同時，這些結果也為未來進一步理解人類早期胚胎的發育和臨床指導提供了關鍵的數據和線索。