Science：我國科學家揭示人類早期胚胎髮育中的組蛋白修飾重編程

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在真核生物中，組蛋白與帶負電荷的雙螺旋DNA組裝成核小體。因氨基酸成分和分子量不同，組蛋白主要分成5類：H1，H2A，H2B，H3和H4。除H1外，其他4種組蛋白均分別以二聚體形式相結合，形成核小體核心。DNA便纏繞在核小體的核心上。而H1則與核小體間的DNA結合。

組蛋白修飾（histone modification）是指組蛋白在相關酶作用下發生甲基化、乙醯化、磷酸化、腺苷酸化、泛素化、ADP核糖基化等修飾的過程。

組蛋白上發生甲基化的位點是賴氨酸和精氨酸。賴氨酸能夠分別發生一、二、三甲基化，精氨酸只能發生一、二甲基化。在組蛋白H3上，共有5個賴氨酸位點可以發生甲基化修飾。一般來說，組蛋白H3K4的甲基化主要聚集在活躍轉錄的啟動子區域。組蛋白H3K9的甲基化與基因的轉錄抑制及異染色質有關。H3K27甲基化可導致相關基因的沉默，並且與X染色體失活相關。H3K36的甲基化與基因轉錄激活相關。

組蛋白修飾調節基因表達和發育。在一項新的研究中，為了解決在人類早期發育中組蛋白修飾如何發生重編程，中國清華大學生命科學學院的頡偉（Wei Xie）課題組、鄭州大學第一附屬醫院的孫瑩璞（Ying-Pu Sun）課題組和徐家偉（Jiawei Xu）課題組研究了人卵母細胞和早期胚胎中的關鍵組蛋白標記。相關研究結果於2019年7月4日在線發表在Science期刊上，論文標題為「Resetting histone modifications during human parental-to-zygotic transition」。

圖片來自Science, 2019, doi:10.1126/science.aaw5118。

在小鼠卵母細胞中，H3K4me3與H3K27me3都表現出與體細胞不同的非經典分布規律。與小鼠中不同的是，允許性標記H3K4me3在人卵母細胞的啟動子中主要表現出經典的分布模式。在受精後，合子基因組激活（zygotic genome activation, ZGA）前的胚胎在富含CpG的調節區域中獲得可訪問性的染色質和廣泛的H3K4me3。相比之下，抑制性標記H3K27me3經歷全局性消除。隨後，一旦合子基因組激活，富含CpG的調節區域轉變為活性或抑制狀態，隨後在發育基因上恢復H3K27me3。

最後，通過結合染色質和轉錄組圖譜，這些研究人員揭示出早期譜系特化期間的轉錄程序和不對稱的H3K27me3分布模式。

總的來說，這些數據揭示出一種預備性階段（priming phase）與人類親本-合子轉變表觀遺傳轉變（parental-to-zygotic epigenetic transition）關聯在一起。

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

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