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Science:我国科学家揭示人类早期胚胎发育中的组蛋白修饰重编程

来源:本站原创 2019-07-22 13:25

2019年7月22日讯/生物谷BIOON/---在真核生物中,组蛋白与带负电荷的双螺旋DNA组装成核小体。因氨基酸成分和分子量不同,组蛋白主要分成5类:H1,H2A,H2B,H3和H4。除H1外,其他4种组蛋白均分别以二聚体形式相结合,形成核小体核心。DNA便缠绕在核小体的核心上。而H1则与核小体间的DNA结合。

组蛋白修饰(histone modification)是指组蛋白在相关酶作用下发生甲基化、乙酰化、磷酸化、腺苷酸化、泛素化、ADP核糖基化等修饰的过程。

组蛋白上发生甲基化的位点是赖氨酸和精氨酸。赖氨酸能够分别发生一、二、三甲基化,精氨酸只能发生一、二甲基化。在组蛋白H3上,共有5个赖氨酸位点可以发生甲基化修饰。一般来说,组蛋白H3K4的甲基化主要聚集在活跃转录的启动子区域。组蛋白H3K9的甲基化与基因的转录抑制及异染色质有关。H3K27甲基化可导致相关基因的沉默,并且与X染色体失活相关。H3K36的甲基化与基因转录激活相关。

组蛋白修饰调节基因表达和发育。在一项新的研究中,为了解决在人类早期发育中组蛋白修饰如何发生重编程,中国清华大学生命科学学院的颉伟(Wei Xie)课题组、郑州大学第一附属医院的孙莹璞(Ying-Pu Sun)课题组和徐家伟(Jiawei Xu)课题组研究了人卵母细胞和早期胚胎中的关键组蛋白标记。相关研究结果于2019年7月4日在线发表在Science期刊上,论文标题为“Resetting histone modifications during human parental-to-zygotic transition”。
图片来自Science, 2019, doi:10.1126/science.aaw5118。

在小鼠卵母细胞中,H3K4me3与H3K27me3都表现出与体细胞不同的非经典分布规律。与小鼠中不同的是,允许性标记H3K4me3在人卵母细胞的启动子中主要表现出经典的分布模式。在受精后,合子基因组激活(zygotic genome activation, ZGA)前的胚胎在富含CpG的调节区域中获得可访问性的染色质和广泛的H3K4me3。相比之下,抑制性标记H3K27me3经历全局性消除。随后,一旦合子基因组激活,富含CpG的调节区域转变为活性或抑制状态,随后在发育基因上恢复H3K27me3。

最后,通过结合染色质和转录组图谱,这些研究人员揭示出早期谱系特化期间的转录程序和不对称的H3K27me3分布模式。

总的来说,这些数据揭示出一种预备性阶段(priming phase)与人类亲本-合子转变表观遗传转变(parental-to-zygotic epigenetic transition)关联在一起。(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Weikun Xia et al. Resetting histone modifications during human parental-to-zygotic transition. Science, 2019, doi:10.1126/science.aaw5118.
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