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日在线发表于Science,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。

  参考资料:

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

相关文章

病毒进化竟是人类胚胎发育关键

所有动物的进化都要归功于数亿年前某些病毒感染了原始生物。病毒遗传物质被整合到第一个多细胞生物的基因组中,至今仍然存在于人类DNA中。在新一期《科学进展》杂志上,西班牙国家癌症研究中心科学家首次描述了这......

组蛋白去乙酰化酶Rpd3S核小体去乙酰化和DNAlinker收紧的分子机制

近日,中国科学院广州生物医药与健康研究院联合澳门大学,在《细胞研究》(CellResearch)上,在线发表了题为Structuralbasisofnucleosomedeacetylationand......

新发现揭示亲代组蛋白遗传影响细胞分化命运

人体大概有200多种细胞类型,这些细胞都是从同一个受精卵发育而来,它们拥有几乎完全一样的基因组信息,但其形态和功能千差万别。近几十年的研究发现,表观基因组图谱对于细胞身份的决定至关重要。但仍有一个主要......

迄今最高分辨率人类胚胎发育图面世

美国研究人员使用荧光染料和激光显微镜这两种常见的实验室工具,实时拍摄了迄今为止最详细的人类胚胎发育图像。发表在最近《细胞》杂志上的这一成果,使研究人员能在不对胚胎进行基因改造的情况下研究其发育最初几天......

遗传发育所在小麦胚发育的表观组调控方面取得进展

胚胎发育是生物生命周期中至关重要的环节之一,在动植物中存在广泛的保守性和特异性。动物胚胎发育过程中存在基因组范围内表观遗传修饰的重编程事件,并影响了胚胎发育的进程。胚胎发育过程也适用于探究表观修饰及转......

遗传发育所在小麦胚发育的表观组调控方面取得进展

胚胎发育是生物生命周期中至关重要的环节之一,在动植物中存在广泛的保守性和特异性。动物胚胎发育过程中存在基因组范围内表观遗传修饰的重编程事件,并影响了胚胎发育的进程。胚胎发育过程也适用于探究表观修饰及转......

通过poly(A)尾巴重塑母源mRNA调控人类卵子向胚胎转变

卵子向胚胎转变过程是人类繁衍后代的最重要的生命过程之一。在该过程中,人类胚胎8-细胞时期合子基因组激活之前,卵子和胚胎中DNA是不转录的。因此,卵子向胚胎转变过程主要受卵子中储存的母源mRNA调控。1......

清华大学最新Nature发文:NuA4选择性乙酰化组蛋白H4的机理

生物体遗传信息DNA缠绕组蛋白八聚体1.7圈形成了染色体的基本组成单位——核小体。组蛋白H4的N端尾巴与临近的核小体相互作用,促进染色体高级结构的形成以及异染色质沉默。核小体组装和异染色质形成阻碍了D......

百万线虫细胞研究揭示胚胎发育具有“纠错潜能”

线虫胚胎发育之路。从中心到外缘胚胎细胞不断分裂,走向成熟。杜茁团队供图生命发育往往并非一帆风顺。很多胚胎在不同发育阶段都会出现各个种类、不同程度的细胞行为异常,但这并不会影响胚胎的最终存活。其背后原因......

中科院杜茁团队发现胚胎发育具有“纠错潜能”

生命发育往往并非一帆风顺。很多胚胎在不同发育阶段都会出现各个种类、不同程度的细胞行为异常,但这并不会影响胚胎的最终存活。其背后原因是什么呢?利用单细胞高精度实时追踪技术对秀丽线虫胚胎细胞进行追踪研究,......