研究揭示H3K27me3和DNA甲基化对胚胎命运决定过程中的作用

近日，中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所景乃禾研究组，与北京大学汤富酬研究组的合作论文，以Silencing of developmental genes by H3K27me3 and DNA methylation reflects the discrepant plasticity of embryonic and extraembryonic lineages为题，在线发表在Cell Research上。该研究揭示了原肠运动时期胚胎不同部位细胞的DNA甲基化和H3K27me3修饰模式的变化规律，并发现了发育相关基因在胚外区域富集DNA甲基化修饰、在胚胎区域富集H3K27me3修饰的现象，阐明了两种表观调控机制对于介导胚外和胚胎部分细胞发育潜能的差异具有重要作用。

细胞命运决定过程的调控机制是发育生物学及干细胞研究领域的关键问题之一。在小鼠胚胎早期发育过程中，具有全能性的合子细胞经过不断的细胞增殖后逐渐特化形成滋养外胚层（TE）和内细胞团(ICM)细胞。其中TE继而形成胚外外胚层等细胞，并最终形成胎盘组织等；ICM细胞则发育形成原始内胚层细胞和上胚层细胞，上胚层细胞经过原肠运动形成外、中、内三个胚层，将来发育形成完整个体。表观遗传调控在该过程中发挥重要作用。研究人员通过建立了基于少量细胞的染色质免疫沉淀技术和亚硫酸盐测序技术等，研究小鼠着床后胚胎不同部位细胞的组蛋白H3K27me3修饰和DNA甲基化修饰的变化规律和分布特点，发现并验证了着床后胚胎中发育相关基因在胚胎区域和胚外区域调控机制的差别及其对发育潜能的影响。这一研究结果为阐明不同表观调控对细胞命运及发育可塑性的影响、认识干细胞的全能性与分化潜能以及干细胞转化医学应用等提供了全新的视角和理论指导。

研究工作得到了中科院干细胞与再生医学战略性先导科技专项、科技部和国家自然科学基金委的支持。数据收集工作得到了生化与细胞所动物实验技术平台、分子生物学技术平台、细胞分析技术平台的支持。