中科院、上科大：受精卵如何发育成多功能个体

　　来自中科院北京基因组研究所，上海科技大学的研究人员发表了题为“3D Chromatin Structures of Mature Gametes and Structural Reprogramming during Mammalian Embryogenesis”的文章，揭示了哺乳动物成熟精子和卵子的染色体3D结构以及在早期胚胎发育过程中染色体结构的重编程变化，为深入了解哺乳动物如何从受精卵发育成一个多功能个体打下了重要基础。

　　这一研究成果公布在最新一期（7月13日）Cell杂志上，文章的通讯作者是北京基因组研究所刘江研究员和上海科技大学黄行许研究员。

　　据报道，哺乳动物配子和早期胚胎的数量非常有限，因此研究首先团队解决了使用少量细胞建立3D染色体结构图谱的难题，获得了小鼠精子、卵子和早期胚胎的高分辨率染色体高级结构图谱。

　　研究人员进一步研究发现，成熟的卵子没有拓扑结构域，而在精子中普遍存在超远程染色体的相互作用。受精卵和2细胞时期胚胎中染色体高级结构几乎不存在，随着发育的进行，染色体高级结构逐渐建立起来。并且，染色体高级结构的建立不依赖于受精卵基因组转录的激活、而是依赖于基因组的复制。除此之外，本研究还首次发现染色体的高级结构与DNA甲基化的关联，并且发现早期发育的DNA去甲基化也与染色体的高级结构相关。

　　这项研究为深入了解哺乳动物如何从受精卵发育成一个多功能个体打下了重要基础，为人们认识早期胚胎中真实的3D基因组结构做了良好铺垫，哺乳细胞早期胚胎发育高分辨率染色体高级结构图谱数据将为表观遗传、生物信息研究领域提供宝贵的资源，帮助揭示胚胎发育的奥秘。

　　人类DNA如果拉成一条直线，长度大约是2米，但一般的细胞核的直径却仅有5～10微米左右。因此基因组DNA如何合理的折叠存放到细胞核里，是一个非常重要的科学问题。现有研究表明，基因组DNA的三维空间折叠对细胞核如何指挥细胞功能的发挥起着非常重要的作用。

　　对于大多数动物包括人类来讲，生命起始于精子和卵子的结合。然而，精子的细胞核、卵子的细胞核结构却和我们身体中其它的体细胞存在非常大的差别。精子细胞核非常小、只有普通细胞核的1/10左右，染色体被精蛋白包装，处于一种高度压缩的状态；而成熟卵子的细胞核却处于分裂中期，染色体也处于一种高度压缩的状态，与多数细胞仍然具有非常大的差别。因此精子和卵子受精后，细胞核中的染色体如何变化，如何变成正常的细胞染色体，是个一直未被了解的科学问题。同时，了解哺乳动物发育过程中染色体高级结构的变化，有利于理解人是如何从受精卵发育成个体的。

　　近期除了这项成果，还有来自清华大学的颉伟研究员开发出了一套适用于极少量细胞的Hi-C技术（sisHi-C, small scale in situ Hi-C），并成功将其应用于小鼠早期胚胎发育过程中染色体三维结构的研究中，报道了哺乳动物染色体三维结构在着床前胚胎发育过程中的动态重编程过程。