两篇Nature文章发表表观遗传重要研究成果

　　

生物通报道  表观遗传修饰是指在不改变DNA序列的情况下，发生的一种可影响基因表达的基因组变化。像DNA一样，当细胞分裂时某些表观遗传修饰可以被忠实地复制，使得子细胞中能够保留来自亲代的这一信息。这确保了沿着细胞谱系向下以一种稳定的方式维持基因表达。

近日发表在《自然》（Nature）杂志上的两篇新研究论文在人类胚胎中证实，在受精之后大多数基因组立即大量地丧失了DNA甲基化。由此整体擦去了甲基化记忆——这似乎是哺乳动物中一个基本的表观遗传重编程步骤（延伸阅读：北京大学Nature发布重要甲基化景观图）。

DNA甲基化通常抑制转录，其主要发生在CpG序列的胞嘧啶碱基上。继承这种表观遗传信息对于某些特化细胞谱系至关重要，当这些细胞分裂之时必须维持它们的身份。例如，分裂的血细胞保持它们的表观遗传特征，生成的子细胞同样为血细胞。

在这两篇Nature文章中，分别来自中国和美国的两个独立研究小组采用高通量测序法，分析了人类早期胚胎中的全基因组DNA甲基化。研究人员对卵子、精子、受精卵、以及处于包括囊胚期和植入后阶段在内的各个发育阶段的胚胎展开了研究。两个研究小组均发现，人类精子的DNA高度甲基化，卵子的DNA则中度甲基化。然而，受精卵和2-细胞胚胎却丧失了很大部分的甲基化。尤其是，来自北京大学的研究小组发现，相比于母源基因组，父源基因组发生了显著的去甲基化。此外，他们还发现另一种表观遗传修饰形式羟甲基化（hydroxymethylation）倾向存在于父源基因组中。

在囊胚期，甲基化水平仍然很低。在所有囊胚细胞类型中都是这种情况，其中包括内细胞团的细胞——这些细胞具有多能性，能够生成机体所有的细胞。以往的研究表明，胚胎细胞为了获得多能性必需擦去表观遗传记忆，这为整体去甲基化提供了一种可能的解释。两个研究小组观察发现，在植入后细胞开始采纳组织特异性的身份之时，DNA甲基化快速上升至分化细胞特征水平。在经历了几乎完全擦除之后，表观遗传记忆系统又回到原位。

结合来自小鼠和其他哺乳动物的研究，新研究结果表明了受精后的整体甲基化重编程是进化保守的。尽管两项研究没有进一步解析去甲基化的机制，因为在人类胚胎中开展这样的分析是一个挑战，来自哈佛-麻省理工大学Broad研究所的研究人员迈出了第一步，他们在体外培育了来自囊胚期胚胎的多能胚胎干细胞，发现这些细胞快速地重新甲基化。这为操控和研究人类胚胎中的全基因组甲基化和去甲基化提供了一个可行的系统。

通过全基因组分析，研究人员还对已知受到甲基化修饰的不同DNA序列区域进行了详细地调查，探究了在面临整体去甲基化时它们的行为。这些区域包括“印迹”基因，CpG岛和转座子。

两项新研究为我们提供了一张早期人类胚胎甲基化重编程的图谱，并为研究人类发育的表观遗传调控奠定了基础。理解控制多能性和分化的表观遗传机制具有至关重要的意义。这样的认识还将帮助我们评估生殖干预，包括体外受精对于人类健康的长期影响。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文索引：

The DNA methylation landscape of human early embryos.NatureVolume:511,Pages:606–610Date published:(31 July 2014)DOI:doi:10.1038/nature13544

DNA methylation dynamics of the human preimplantation embryo.NatureVolume:511,Pages:611–615Date published:(31 July 2014)DOI:doi:10.1038/nature13581