發(fā)布日期：2017-07-20

我國科學(xué)家近日在染色體3D結(jié)構(gòu)以及在早期胚胎發(fā)育過程中染色體結(jié)構(gòu)的重編程變化方面取得重大科學(xué)突破，相關(guān)成果于2017年7月13日發(fā)表在國際著名期刊《CELL》上。

人類DNA如果拉成一條直線，長度大約是2米，但一般的細胞核的直徑卻僅有5～10微米左右。因此基因組DNA如何合理的折疊存放到細胞核里，是一個非常重要的科學(xué)問題。同時，現(xiàn)有研究表明，基因組DNA的三維空間折疊對細胞核如何指揮細胞功能的發(fā)揮起著非常重要的作用。

對于大多數(shù)動物包括我們?nèi)祟悂碇v，生命起始于精子和卵子的結(jié)合。然而，精子的細胞核、卵子的細胞核結(jié)構(gòu)卻和我們身體中其它的體細胞存在非常大的差別。精子細胞核非常小、只有普通細胞核的1/10左右，染色體被精蛋白包裝，處于一種高度壓縮的狀態(tài)；而成熟卵子的細胞核卻處于分裂中期，染色體也處于一種高度壓縮的狀態(tài)，與多數(shù)細胞仍然具有非常大的差別。因此精子和卵子受精后，細胞核中的染色體如何變化，如何變成正常的細胞染色體，是個一直未被了解的科學(xué)問題。同時，了解哺乳動物發(fā)育過程中染色體高級結(jié)構(gòu)的變化，有利于我們理解人是如何從受精卵發(fā)育成個體。

基于這樣的研究背景，中國科學(xué)院北京基因組研究所劉江研究組和上?？萍即髮W(xué)黃行許研究組合作，對上述問題進行研究。由于哺乳動物配子和早期胚胎的數(shù)量非常有限，研究團隊解決了使用少量細胞建立3D染色體結(jié)構(gòu)圖譜的難題，從而獲得小鼠精子、卵子和早期胚胎的高分辨率染色體高級結(jié)構(gòu)圖譜。

研究結(jié)果顯示，成熟的卵子沒有拓撲結(jié)構(gòu)域（TADs），而在精子中普遍存在超遠程染色體的相互作用。同時研究發(fā)現(xiàn)，受精卵和2細胞時期胚胎中染色體高級結(jié)構(gòu)幾乎不存在，隨著發(fā)育的進行，染色體高級結(jié)構(gòu)逐漸的建立起來。同時，染色體高級結(jié)構(gòu)的建立不依賴于受精卵基因組轉(zhuǎn)錄的激活、而是依賴于基因組的復(fù)制。除此之外，本研究首次發(fā)現(xiàn)染色體的高級結(jié)構(gòu)與DNA甲基化的關(guān)聯(lián)，并且發(fā)現(xiàn)早期發(fā)育的DNA去甲基化也與染色體的高級結(jié)構(gòu)相關(guān)。

此次研究成果為深入了解哺乳動物如何從受精卵發(fā)育成一個多功能的個體打下了重要的基礎(chǔ)，為研究者認識早期胚胎中真實的3D基因組結(jié)構(gòu)做了良好的鋪墊，哺乳細胞早期胚胎發(fā)育高分辨率染色體高級結(jié)構(gòu)圖譜數(shù)據(jù)將為表觀遺傳、生物信息研究領(lǐng)域提供寶貴的資源，幫助揭示胚胎發(fā)育的奧秘。

研究獲中科院先導(dǎo)專項、自然科學(xué)基金委和科技部國家重點研發(fā)項目支持。

來源：新浪醫(yī)藥新聞