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Nature:清华大学颉伟研究组报道哺乳动物着床前胚胎染色质动态调控图谱

摘要 : 2016年6月15日,国际学术权威刊物自然出版集团《Nature》杂志在线发表了清华大学生命科学学院颉伟研究组联合杨雪瑞研究组、清华大学医学院那洁组、新加坡科技研究局和新加坡临床科学研究院的徐丰组发表的研究论文

 2016年6月15日,国际学术权威刊物自然出版集团《Nature》杂志在线发表了清华大学生命科学学院颉伟研究组联合杨雪瑞研究组、清华大学医学院那洁组、新加坡科技研究局和新加坡临床科学研究院的徐丰组发表题为“The landscape of accessible chromatin in mammalian preimplantation embryos”的研究论文,研究长文报道了哺乳动物着床前胚胎染色质动态调控图谱。清华大学生命学院博士生吴婧怡和北京大学前沿交叉学科研究院博士生黄波为论文共同第一作者,颉伟教授为论文通讯作者。

在生命起始时期,精子和卵子的结合启动了一系列剧烈的染色体重编程事件。这种重编程能够帮助介导基因组转录的重新启动,塑造崭新的全能性胚胎,并为之后的胚胎发育和组织分化奠定基础。然而在这个过程中受精卵的染色体到底是如何动态变化的,染色质的重编程又是如何协助胚胎特异基因激活的一直是未解之谜。但由于早期胚胎材料的稀缺,目前的技术手段都难以施展该项研究。

基因转录的关键调控元件通常坐落在染色质开放区域。在前期斯坦福大学开发的少量细胞染色质开放区域定位技术(ATAC-seq)的基础上,清华大学颉伟组利用CRISPR基因编辑系统,成功克服了早期胚胎中大量母源线粒体基因组DNA对该技术的干扰,呈现了小鼠胚胎早期发育中开放染色质和基因调控元件的精确动态调控图谱。

从这一工作中,研究人员发现胚胎中来源于父母本的两套染色体在2细胞时期已经建立了相似的染色质开放区域。除了在基因启动子,这些区域还特异地集中在基因组的重复序列和基因转录的终止位置。这些发现暗示着在胚胎早期发育过程中存在着更为丰富的调控方式。另外,研究人员还通过开放染色质鉴定到可能的基因调控元件和相关的调节转录因子,并通过基因敲低实验证实了其中两个转录因子对胚胎中最早细胞分化的关键转录程序起重要的调控作用。最后,研究人员检测了胚胎基因组激活前的染色质状态,发现该时期的染色体不同于基因组激活后的胚胎和体细胞,可能处于一种整体更加松散的状态。综上所述,这项工作不仅发现了哺乳动物早期发育过程中染色体动态变化的特征以及可能的调控元件和转录因子,还揭示了在这个过程中染色质和转录调控元件不同于体细胞的特殊作用模式。

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开放染色质定位技术(ATAC-seq)和线粒体DNA去除技术(CARM)用于研究早期胚胎的开放染色质区域

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早期胚胎发育中合子基因组激活(ZGA)前后不同时期的染色质状态

原文链接:

The landscape of accessible chromatin in mammalian preimplantation embryos

原文摘要:

In mammals, extensive chromatin reorganization is essential for reprogramming terminally committed gametes to a totipotent state during preimplantation development. However, the global chromatin landscape and its dynamics in this period remain unexplored. Here we report a genome-wide map of accessible chromatin in mouse preimplantation embryos using an improved assay for transposase-accessible chromatin with high throughput sequencing (ATAC-seq) approach with CRISPR/Cas9-assisted mitochondrial DNA depletion. We show that despite extensive parental asymmetry in DNA methylomes, the chromatin accessibility between the parental genomes is globally comparable after major zygotic genome activation (ZGA). Accessible chromatin in early embryos is widely shaped by transposable elements and overlaps extensively with putative cis-regulatory sequences. Unexpectedly, accessible chromatin is also found near the transcription end sites of active genes. By integrating the maps of cis-regulatory elements and single-cell transcriptomes, we construct the regulatory network of early development, which helps to identify the key modulators for lineage specification. Finally, we find that the activities of cis-regulatory elements and their associated open chromatin diminished before major ZGA. Surprisingly, we observed many loci showing non-canonical, large open chromatin domains over the entire transcribed units in minor ZGA, supporting the presence of an unusually permissive chromatin state. Together, these data reveal a unique spatiotemporal chromatin configuration that accompanies early mammalian development.

来源: Nature 浏览次数:0

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