同濟大學高紹榮/張勇教授團隊在《Cell Stem Cell》發(fā)表論文揭示DNA再甲基化導致體細胞...
8月23日，生命科學與技術學院高紹榮教授和張勇教授課題組在國際權威學術期刊《Cell Stem Cell》上在線發(fā)表題為“Inhibition of aberrant DNA re-methylation improves post-implantation development of somatic cell nuclear transfer embryos”的文章。該研究通過對不同發(fā)育命運體細胞克隆胚胎進行全基因組DNA甲基化組高通量測序分析，詳細地研究了小鼠克隆胚胎早期著床前發(fā)育過程中DNA甲基化修飾的重編程過程，并揭示了異常的DNA再甲基化（DNA re-methylation）是導致克隆胚胎著床后發(fā)育異常的關鍵因素。這是實驗室繼2016年在《Cell Discovery》發(fā)表論文揭示組蛋白修飾異常導致體細胞核移植效率低下后的又一重要研究成果。
體細胞核移植（somatic cell nuclear transfer, SCNT）是指將供體細胞核經顯微操作移入去核的卵母細胞中，組成重構胚胎并使之發(fā)育成新個體的技術。在過去的幾十年時間里，雖然這項技術在多種動物上獲得成功，但核移植胚胎和正常受精胚胎相比，發(fā)育率仍然極低。以小鼠為例，克隆動物的出生率只有1%左右；此外，這些成功克隆的胚胎也往往存在著胎兒及胎盤的多種發(fā)育異常。此前，研究人員陸續(xù)揭示了導致克隆效率低下的多種表觀遺傳障礙及解決辦法，這些研究成果促進了靈長類動物克隆的突破。然而，克隆胚胎中DNA甲基化的重編程過程及其對克隆效率的影響在很大程度上還是未知的。
在這項研究中，研究人員利用微量細胞全基因組亞硫酸氫鹽測序（WGBS）技術，首次繪制了不同發(fā)育命運的克隆胚胎植入前發(fā)育過程中的全基因組DNA甲基化組圖譜。研究發(fā)現克隆胚胎早期發(fā)育過程中CpG位點的DNA甲基化動態(tài)變化存在著再甲基化的現象，特別是4細胞時期較為明顯。通過對比不同發(fā)育命運克隆胚胎與正常受精胚胎在同一發(fā)育時期的DNA甲基化差異，研究人員在早期著床前發(fā)育各個時期鑒定出了廣泛的再甲基化位點（rDMR），并且這一再甲基化現象在發(fā)育阻滯的克隆胚胎中更為明顯。通過分別以多種終末分化細胞作為供體細胞，研究人員還發(fā)現這一再甲基化過程在克隆胚胎發(fā)育中是一個廣泛存在并且具有供核細胞特異性的機制。結合轉錄組數據，進一步的分析發(fā)現這一再甲基化過程是導致克隆胚胎中合子基因和部分逆轉座子不完全激活的關鍵因素。
更重要的是，通過干擾DNA甲基化酶的表達可以有效降低克隆胚胎中異常的DNA再甲基化機制，重新激活克隆胚胎的特定轉錄本，并改進克隆胚胎的體內外發(fā)育效率。值得一提的是，由此獲得的成體克隆，其胎盤發(fā)育也得到了明顯的改善，這是以往針對多種表觀遺傳障礙的解決辦法都沒有做到的，為研究著床后克隆胚胎的異常發(fā)育提供了新的思路。
最后，研究人員發(fā)現克隆胚胎的異常DNA再甲基化和組蛋白修飾重編程缺陷是兩個相對獨立的壁壘。同時采取敲除DNA甲基化酶與過表達組蛋白去甲基化酶兩種措施，可以使克隆成功率提高到17%左右。
綜上所述，這項研究發(fā)現遺傳自供核細胞的DNA再甲基化記憶是體細胞核移植中一種新的表觀遺傳障礙，而打破克隆胚胎中的多種表觀重編程壁壘能大大提高克隆效率。此外，DNA再甲基化影響克隆胚胎著床后胚外組織發(fā)育的相關詳細機理值得進一步的詳細研究。
同濟大學高紹榮教授實驗室的高睿博士、張勇教授實驗室的王晨飛博士及高亞威副教授為本文的共同第一作者。高紹榮教授、張勇教授及劉文強副研究員為本文的共同通訊作者。本文的其他作者還包括高紹榮教授實驗室的陳嘉瑜副教授、技術員寇曉晨和趙艷紅、廖雨涵、柏丹丹、喬志斌、楊磊、王明珠、臧茹歌、劉曉雨博士、賈艷平、李延鶴、張亞林、殷吉慶老師、王紅老師以及同濟大學附屬第一婦嬰保健院的萬小平院長。該研究得到了科技部重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金委、上海市科委和中國博士后科學基金會的支持。
文章信息: CSC-gaolab.pdf
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