表观遗传学大牛张毅在Cell发表早期胚胎发育研究新成果
下面开始介绍今天发表的这篇Cell工作：
DNaseI超敏感位点是指基因组里对DNase I高敏感的位点，最容易受到外源加入的DNase I的切割，从而说明该区域暴露、具有可接近性和调节基因组的功能。哺乳动物精子和卵子融合后，开始细胞复制和分裂，经历二细胞、四细胞、八细胞等一系列分裂后形成桑椹胚，然后形成囊胚最后植入子宫。在这项研究中，研究人员改进了传统的需要数百万细胞才能进行的DNase-seq技术，开发出只需要30个细胞就可以进行DNase I超敏感位点全基因组谱测序分析的liDNase-seq技术。值得一提的是该文的合作者、NIH高级研究员赵可吉博士去年在Nature上发表的文章中首次建立了单细胞全基因组检测DNase I超敏感位点的技术。从文末的作者贡献中可知该项研究得到了赵老师提供的技术方法方面的支持。
通过liDNase-seq，研究人员对受精后单细胞、二细胞、四细胞、八细胞直至桑椹胚各阶段的全基因组DNase I超敏感位点进行分析，发现这些位点的数量随着胚胎发育逐渐增加，说明染色质的可接近性也在逐渐增加，并且大部分位点一直维持到桑椹胚时期。他们还发现，这些新产生的DNase I超敏感位点多出现在基因外的远端区域。通过和各阶段的胚胎的基因表达谱比较，他们发现，大部分在启动子区域有DNase I超敏感位点的基因也有高表达。但是，有趣的是，他们也发现一小部分沉默基因的启动子区域也含有DNase I超敏感位点，而这些基因在后一个阶段开始表达，从而揭示了一种DNase I超敏感位点标记的“待发”的基因表达状态。对印记基因的DNase I超敏感位点分析发现，在胚胎发育各个时期，印记基因的父本和母本已经展示出不同的DNase I敏感性，虽然部分印记基因还没有开始转录。这表明父母本间的差别DNase I敏感性可能是调控基因印记的一种机制。
过去的研究表明，受精后，精子染色质的鱼精蛋白（protamine）会被置换成组蛋白，并经历染色质重构，染色质也从不可接近状态变得暴露和可接近。然而这一过程并不清楚。这项研究发现，在原核期3（pronucleus stage 3，受精后7.5小时），父本基因组的DNase I超敏感位点已经接近于母本，说明父本基因组的DNase I超敏感位点重编程发生在更早时期。
当利用siRNA在受精卵内敲低干细胞多能性维持转录因子Oct4的表达后，研究人员发现，八细胞期的DNase I超敏感位点也随之下降，表明Oct4在八细胞期的DNase I超敏感位点建立过程中发挥着重要作用。通过对二细胞期DNase I超敏感位点的序列motif分析，研究人员推测一个转录因子Nfya能结合这些位点。当利用siRNA在卵细胞内敲低Nfya，他们发现在二细胞期具有Nfya结合位点的DNase I超敏感位点对DNase I敏感性下降，并且二细胞期合子基因组激活发生异常从而导致胚胎发育停滞在桑葚胚时期。
这篇Cell文章的主要亮点是：运用 low-input DNase I sequencing (liDNase-seq，low-input主要是说该技术所用的细胞量较少，通常DNase-seq需要大量的细胞) 技术绘制了从一细胞期到桑椹胚时期的着床前小鼠胚胎全基因组DHS图谱。结果表明，从单细胞到桑椹胚时期DHSs是逐步建立起来的，且在8细胞期是急剧增加。另外，来自父系的chromatin accessibility （染色质可接近性，染色质可接近性，一般来说，染色质组装紧密，其他蛋白难以接近DNA。而DNA区域越容易接近，就表明该区域可能有转录因子结合是可能的调控序列）在受精后迅速的进行重编程，印记基因位点的染色质DHSs表现出父母本特异性，表明这可能是印记基因调控的一个机制。最后，作者鉴定到转录因子Nfya和Oct4分别参与了二细胞和八细胞期DHSs的建立，并且证明Nfya参与了合子基因组激活的过程。
论文的讨论部分有一点值得特别提出来，就是这项研究表明，相较于晚期的胚胎，早期的胚胎含有的DHSs很少，而此前运用DNA染色和电镜观察的手段得出的结论是受精卵的染色质相较于晚期胚胎中的结构是处于更加松散的状态。这一看似矛盾的的结论可能是由于电镜所显示的结构可能更多的是反应高级的染色质结构，而DNase I超敏位点则主要反应的是初级染色质结构水平上核小体与转录因子的“占位”。因此，电镜观察到的受精卵呈现相对松散的染色质结构可能意味着高级染色质结构的减少而不是核小体“占位”的密集程度的降低。
致谢：该篇报道正文部分由贾小方同学撰写，特此感谢。小编负责撰写了按语、亮点、讨论和陆博的介绍部分。
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