季維智團隊首次報道靈長類動物早期胚胎髮育中DNA從頭甲基化過程

BioArt按：2月24日,Cell Research在線發表了昆明理工大學靈長類轉化醫學研究院和譚韜和季維智課題組、中國農科院深圳農業基因組研究所高飛課題組，以及同濟大學孫毅課題組合作完成的研究論文「De novo DNA methylation during monkey pre-implantation embryogenesis」。論文首次揭示了靈長類動物早期著床前胚胎髮育中的DNA再甲基化過程，並表明DNA甲基化酶和去甲基化酶的時空特異性表達是造成這一現象的潛在機制。該工作為重新認識靈長類早期胚胎髮育的DNA甲基化重編程事件提供了新的思路。本文通訊作者為譚韜副教授和季維智教授。

論文解讀

近來來，隨著微量DNA甲基化測序技術的發展，使得研究早期胚胎髮育階段的DNA甲基化動態變化成為可能。

令人可喜的是我國科學家在這一領域走在了世界前沿，特別是北京大學喬傑、湯富酬領導的團隊。2014年7月，喬傑、湯富酬研究團隊與哈佛大學Alexander Meissner課題組背靠背在Nature雜誌上首先報告了人類植入前胚胎的DNA甲基化特徵(Guo et al., 2014;Smith et al., 2014)。

然而這一領域還有一些諸如靈長類早期著床前胚胎DNA重編程過程是否是一個單一的去甲基化過程，抑或是一個受到複雜調控的過程之類的問題尚未解決。

在這項研究中，研究人員首先優化了基於轉座酶的全基因組亞硫酸氫鹽測序（transposase-based tagmentation bisulfite sequencing）技術，實現了微量細胞的全基因DNA甲基化測序（100個細胞）(Lu et al., 2015)。基於這一技術，研究團隊詳細的研究了獼猴早期著床前胚胎的DNA甲基化動態變化過程（下圖）。

獼猴著床前胚胎DNA甲基化動態變化過程。（A）CpG位點的DNA甲基化水平變化； （B）非CpG（CpH）位點的DNA甲基化水平變化；（C）不同發育時期差異甲基化位點（DMR）的全基因組分布。（E）DNA甲基化酶和去甲基化酶在著床前胚胎中的表達情況。

研究發現獼猴早期胚胎過程中的CpG位點DNA甲基化動態變化存在著再甲基化的現象，特別是8細胞時期較為明顯。有意思的是非CpG位點的DNA甲基化變化在合子期及桑椹胚時期也呈現出了再甲基化的特點。進一步的分析發現這一再甲基化過程是在全基因組水平同時伴隨著DNA去甲基化過程發生的，DNA甲基化酶和去甲基化酶的時空特異性表達是造成這一現象的潛在機制。 此外通過對前期已發表的人早期著床前胚胎DNA甲基化測序數據分析 (Guo et al., 2014)， 研究人員還發現了人早期胚胎髮育時DNA去甲基化過程也伴隨著再甲基化的現象。這一結果表明DNA再甲基化可能在靈長類早期胚胎髮育中是一個保守的機制，值得進一步的詳細研究。

這些發現為研究靈長類早期胚胎髮育重編程過程提供了新的思路，也為輔助生殖等技術的進一步優化提供了新的方向。

參考文獻：

Guo, H., Zhu, P., Yan, L., Li, R., Hu, B., Lian, Y., Yan, J., Ren, X., Lin, S., Li, J., et al. (2014). The DNA methylation landscape of human early embryos.Nature511, 606-610.

Smith, Z. D., Chan, M. M., Humm, K. C., Karnik, R., Mekhoubad, S., Regev, A., ... & Meissner, A. (2014). DNA methylation dynamics of the human preimplantation embryo.Nature, 511(7511), 611-615.

Lu, H., Yuan, Z., Tan, T., Wang, J., Zhang, J., Luo, H.J., Xia, Y., Ji, W., and Gao, F. (2015). Improved tagmentation-based whole-genome bisulfite sequencing for input DNA from less than 100 mammalian cells.Epigenomics7, 47-56.

季維智教授簡介

季維智教授現任昆明理工大學靈長類轉化醫學研究院院長，生物醫學動物模型國家地方聯合工程研究中心主任，雲南省靈長類生物醫學動物重點實驗室理事長。1996-2005年曾任中科院昆明動物研究所所長，其所領導的研究團隊在獼猴幹細胞和轉基因靈長類動物方面獲得國際一流的研究成果，使我國在非人靈長類靶向基因修飾的研究居於世界領先水平。2014年初，季維智教授與來自南京大學模式動物研究所的黃行許教授、南京醫科大學的沙家豪教授其同事們，成功地利用 CRISPR/Cas9 系統對孿生的食蟹猴進行了精確的基因修飾，這一工作發表在Cell上。季維智教授已在Cell, Cell Stem Cell, PNAS, Stem Cells，JBC, Biology of Reproduction，Human Reproduction等雜誌上發表論文100餘篇。