表觀遺傳大牛張毅揭示DUX基因簇對于發育不是必需的

　　卵母細胞中的母體因子如何觸發合子基因組激活（ZGA）是發育生物學中一個長期存在的問題。 最近對2細胞樣胚胎干細胞（2C樣細胞）的研究表明，DUX家族的轉錄因子是胎盤哺乳動物中ZGA的關鍵調節因子。 DUX在ZGA中的具體作用，還不是很清楚。

　　2019年5月27日，哈佛醫學院張毅團隊在Nature Genetics 在線發表題為“Loss of DUX causes minor defects in zygotic genome activation and is compatible with mouse development”的研究論文，該研究生成了Dux簇敲除（KO）轉基因鼠。 出乎意料的是，發現Dux合子KO（Z-KO）和母體合子KO（MZ-KO）胚胎都可以存活到成年期，盡管顯示出發育潛力降低。 此外，MZ-KO胚胎的轉錄組分析顯示DUX的喪失對ZGA的影響最小，并且2C樣細胞中的大多數DUX靶通常在MZ-KO胚胎中被激活。 因此，與DUX在誘導2C樣細胞中的關鍵功能相反，該數據表明DUX在ZGA中僅具有次要作用，并且DUX的缺失與小鼠發育兼容。

　　另外，張毅及Matoba合作在Cell Stem Cell發表題為“Somatic Cell Nuclear Transfer Reprogramming: Mechanisms and Applications”的綜述，該文章總結了目前對與SCNT重編程相關的細胞和分子事件的理解，張毅等人討論表觀遺傳障礙和克服它們進行有效克隆的潛在方法，重點是小鼠模型。另外，還討論了ntESCs與人類再生醫學中誘導多能干細胞（iPSCs）相比的優缺點。最后，張毅等人討論了這種改進的技術如何與CRISPR / Cas9介導的基因組編輯相結合，為現代醫學做出貢獻；張毅研究組及沈立研究組合作在Cell Stem Cell發表題為“Loss of H3K27me3 Imprinting in Somatic Cell Nuclear Transfer Embryos Disrupts Post-Implantation Development”的研究論文，該文章測試了使用Xist KO供體細胞與Kdm4d mRNA注射結合的組合方法是否可以提高克隆效率。研究人員表明，組合方法在不同供體細胞類型中產生非常高的克隆效率，達到20％以上。然而，許多SCNT胚胎仍然表現出植入后發育停滯，并且存活的胚胎具有異常大的胎盤，表明一些重編程缺陷仍然存在。比較甲基化組，RNA測序（RNA-seq）和染色質免疫沉淀測序（ChIP-seq）分析顯示SCNT胚泡胚胎中異常的DNA甲基化和組蛋白H3賴氨酸27三甲基化（H3K27me3）依賴性印跡的丟失，這可能是造成這種情況的原因。

　　在哺乳動物中，早期胚胎發育首先由卵子中的母體因子支持，然后由來自合子基因組的新轉錄基因支持。成功的合子基因組激活(ZGA)對于胚胎發育至關重要。在小鼠中，ZGA的主要波浪發生在2細胞階段，該階段激活了數千個基因和轉座因子，包括ERVL家族反轉錄轉座子。有趣的是，ERVL和ERVL連鎖基因也可以在稱為2C樣細胞的稀有和瞬時胚胎干（ES）細胞中自發激活。由于2C樣細胞在2細胞瞬時轉錄物的表達方面模擬2細胞胚胎,2C樣細胞已成為理解胚胎干細胞全能性和早期的有用模型。然而，2C樣細胞不等同于2細胞胚胎，因為在2C樣細胞中誘導的基因僅代表在2細胞期胚胎中激活的小鼠ZGA基因的子集。

DUX的丟失與小鼠發育兼容

　　小鼠中的Dux（也稱為Duxf3）及其人類同源物DUX4是在早期胚胎中在ZGA開始時被激活的雙同源域基因。在小鼠中，Dux簇還包括一個名為Gm4981（也稱為Duxf4）的截短變體，它缺少第一個同源域，并且早在卵子發生過程中就被轉錄。

DUX的丟失導致ZGA中的輕微缺陷

　　在人類中，DUX4的不完全沉默導致面肩肱型肌營養不良癥（FSHD），其特征在于基因和重復的去抑制，例如ZSCAN4和ERVL，其僅在FSHD患者的肌細胞中的ZGA期間表達。此外，在ES細胞中，小鼠DUX可以激活ERVL家族重復序列和ERVL連鎖基因，并且對于ES至2C樣細胞轉變是必要和充分的。這些結果表明DUX可能在小鼠ZGA和胚胎發育中起重要作用。

在2C樣細胞中鑒定的大多數DUX靶標在Dux MZ-KO 2細胞胚胎中正常活化

　　該研究生成了Dux簇敲除（KO）轉基因鼠。 出乎意料的是，發現Dux合子KO（Z-KO）和母體合子KO（MZ-KO）胚胎都可以存活到成年期，盡管顯示出發育潛力降低。 此外，MZ-KO胚胎的轉錄組分析顯示DUX的喪失對ZGA的影響最小，并且2C樣細胞中的大多數DUX靶通常在MZ-KO胚胎中被激活。 因此，與DUX在誘導2C樣細胞中的關鍵功能相反，該數據表明DUX在ZGA中僅具有次要作用，并且DUX的缺失與小鼠發育兼容。