中科院、上科大：受精卵如何發育成多功能個體

　　來自中科院北京基因組研究所，上海科技大學的研究人員發表了題為“3D Chromatin Structures of Mature Gametes and Structural Reprogramming during Mammalian Embryogenesis”的文章，揭示了哺乳動物成熟精子和卵子的染色體3D結構以及在早期胚胎發育過程中染色體結構的重編程變化，為深入了解哺乳動物如何從受精卵發育成一個多功能個體打下了重要基礎。

　　這一研究成果公布在最新一期（7月13日）Cell雜志上，文章的通訊作者是北京基因組研究所劉江研究員和上海科技大學黃行許研究員。

　　據報道，哺乳動物配子和早期胚胎的數量非常有限，因此研究首先團隊解決了使用少量細胞建立3D染色體結構圖譜的難題，獲得了小鼠精子、卵子和早期胚胎的高分辨率染色體高級結構圖譜。

　　研究人員進一步研究發現，成熟的卵子沒有拓撲結構域，而在精子中普遍存在超遠程染色體的相互作用。受精卵和2細胞時期胚胎中染色體高級結構幾乎不存在，隨著發育的進行，染色體高級結構逐漸建立起來。并且，染色體高級結構的建立不依賴于受精卵基因組轉錄的激活、而是依賴于基因組的復制。除此之外，本研究還首次發現染色體的高級結構與DNA甲基化的關聯，并且發現早期發育的DNA去甲基化也與染色體的高級結構相關。

　　這項研究為深入了解哺乳動物如何從受精卵發育成一個多功能個體打下了重要基礎，為人們認識早期胚胎中真實的3D基因組結構做了良好鋪墊，哺乳細胞早期胚胎發育高分辨率染色體高級結構圖譜數據將為表觀遺傳、生物信息研究領域提供寶貴的資源，幫助揭示胚胎發育的奧秘。

　　人類DNA如果拉成一條直線，長度大約是2米，但一般的細胞核的直徑卻僅有5～10微米左右。因此基因組DNA如何合理的折疊存放到細胞核里，是一個非常重要的科學問題。現有研究表明，基因組DNA的三維空間折疊對細胞核如何指揮細胞功能的發揮起著非常重要的作用。

　　對于大多數動物包括人類來講，生命起始于精子和卵子的結合。然而，精子的細胞核、卵子的細胞核結構卻和我們身體中其它的體細胞存在非常大的差別。精子細胞核非常小、只有普通細胞核的1/10左右，染色體被精蛋白包裝，處于一種高度壓縮的狀態；而成熟卵子的細胞核卻處于分裂中期，染色體也處于一種高度壓縮的狀態，與多數細胞仍然具有非常大的差別。因此精子和卵子受精后，細胞核中的染色體如何變化，如何變成正常的細胞染色體，是個一直未被了解的科學問題。同時，了解哺乳動物發育過程中染色體高級結構的變化，有利于理解人是如何從受精卵發育成個體的。

　　近期除了這項成果，還有來自清華大學的頡偉研究員開發出了一套適用于極少量細胞的Hi-C技術（sisHi-C, small scale in situ Hi-C），并成功將其應用于小鼠早期胚胎發育過程中染色體三維結構的研究中，報道了哺乳動物染色體三維結構在著床前胚胎發育過程中的動態重編程過程。