首次揭示人類早期胚胎中的染色體三維結構的動態變化

　　《自然》雜志刊發了中國科學院北京基因組研究所研究員劉江團隊與中國科學院院士、山東大學附屬生殖醫院教授陳子江團隊合作研究成果。

　　該研究首次揭示了人類早期胚胎中的染色體三維結構的動態變化，并發現CTCF蛋白對于早期胚胎發育中拓撲相關結構域（TAD結構）有著重要的調控功能，為進一步揭示人類胚胎發育機制提供了理論基礎。

　　染色體三維結構是重要的表觀遺傳因素，與基因的表達調控密切相關。

　　染色體三維結構的動態變化影響著細胞功能的發揮、疾病的發生等。

　　人類個體發育從精卵結合形成受精卵開始，經歷早期胚胎發育過程，由一個細胞逐漸分裂分化形成一個含有上百種細胞類型、多種器官的復雜有機體。

　　“人類精子和卵子受精后，細胞核中的染色體結構如何變化，哪些生物學分子會影響胚胎中的染色體結構變化，一直以來是未被解決的科學問題。

　　此外，精子在形態和功能上與其他終末分化的細胞截然不同，染色體在人類精子中如何壓縮折疊還并不清楚。”論文第一作者、中國科學院北京基因組研究所特別研究助理陳雪鵬表示。

　　基因組染色體的三維結構由拓撲相關結構域（TAD）基本單元構成。

　　研究人員對精子及人類早期胚胎發育過程中的染色體結構動態變化情況進行了描繪。

　　研究結果顯示，在成熟的人類精子中沒有TAD結構并且沒有檢測到染色質調節蛋白CTCF，這與在小鼠精子中的情況完全不同。

　　受精后，胚胎中TAD結構非常模糊，在后續的胚胎發育中染色體逐漸建立清晰的TAD結構。

　　陳雪鵬指出，需要注意的是，不同于小鼠胚胎和果蠅胚胎，人類早期胚胎中阻斷合子基因組激活（ZGA）可以抑制TAD結構的建立。

　　進一步研究發現，CTCF蛋白在合子基因組激活之前表達量非常有限，在TAD結構出現的合子基因組激活時期表達量會迅速上升。

　　在胚胎中敲低CTCF蛋白可以導致TAD結構顯著變弱，這表明在合子基因組激活時CTCF蛋白的表達對于人類早期胚胎的TAD結構建立至關重要。

　　“該研究讓我們深入了解人類精子和早期胚胎染色體結構的獨特性，對改善試管嬰兒技術、促進優生提供理論的基礎。”劉江說。

　　他同時指出，當前該領域存在的瓶頸是，在少量細胞的情況下，染色體結構的分辨率較低。

　　“下一步，我們將不斷優化方法，提高分辨率，并力爭通過我們的研究，解決臨床上的問題，造福人類。”