人类早期胚胎DNA甲基化变化模式

 

7月23日，北京大学第三医院生殖医学中心乔杰研究组与北京大学生命科学学院生物动态光学成像中心汤富酬研究组合作在国际知名期刊《Nature(自然)》上在线发表题为“The DNA methylation landscapes of human early embryos（人类早期胚胎DNA甲基化谱）”的研究成果。该团队利用单细胞DNA甲基化组高通量测序方法，在国际上首次实现了对人类早期胚胎发育过程DNA甲基化调控机理的系统研究。

 

哺乳动物的胚胎发育起始于单个受精卵细胞，父母的基因印记信息（主要是DNA甲基化）通过精子和卵细胞传递给下一代。DNA甲基化在基因表达调控、基因印记维持、X染色体失活状态维持、以及抑制转座子重复序列的转座等方面都有非常重要的作用。本研究成果为人类早期胚胎DNA甲基化组研究的世界首例报道。

 

研究组利用微量细胞，甚至单个细胞DNA甲基化组高通量测序技术，首次解析了人类早期胚胎的DNA甲基化调控网络。研究发现主要体现在以下三个方面。一是，受精前，精子和卵细胞中的DNA甲基化程度均很高，而受精后，父母的表观遗传记忆均被大规模擦除，到植入前的囊胚阶段，胚胎的DNA甲基化水平降到最低点。研究发现，在这一全基因组范围的DNA去甲基化过程，标记着印记基因的DNA甲基化得以精确维持和保留；二是，受精前，精子基因组DNA甲基化程度显著高于卵细胞，而受精后，来自精子的父源DNA去甲基化速度大于来自卵细胞的母源DNA。到受精卵晚期，父源DNA甲基化程度低于母源DNA的甲基化程度；三是，在人类早期胚胎DNA甲基化组的大规模去甲基化过程中，相比于进化上更年轻、更活跃的转座子，进化上更古老的转座子重复序列上的DNA去甲基化程度更彻底。它表明，人类早期胚胎在植入前的发育过程中，在擦去表观遗传记忆和抑制转座子重复序列的转座活性之间巧妙地取得了平衡。

 

此项研究工作为人们提供了一个全面分析人类早期胚胎DNA甲基化调控网络的研究框架，对于加深对人类早期胚胎发育表观遗传调控机制的认识，辅助生殖技术的安全性评估与改善，以及临床上疑难病例的诊治具有非常重要的意义，为易引发猝死的心脏疾病和肌营养不良等严重遗传性疾病的早期诊治带来了希望。

 

原文检索：

Hongshan Guo, Ping Zhu, Liying Yan, Rong Li, Boqiang Hu, Ying Lian, Jie Yan, Xiulian Ren, Shengli Lin, Junsheng Li, Xiaohu Jin, Xiaodan Shi, Ping Liu, Xiaoye Wang, Wei Wang, Yuan Wei, Xianlong Li, Fan Guo, Xinglong Wu, Xiaoying Fan, Jun Yong, Lu Wen, Sunney X. Xie, Fuchou Tang & Jie Qiao. The DNA methylation landscape of human early embryos. Nature, 23 July 2014; doi:10.1038/nature13544