北京大学绘就世界首个人类早期胚胎DNA甲基化全景观图谱

<正>2014年7月23日,北京大学生命科学学院生物动态光学成像中心汤富酬研究组和北京大学第三医院乔杰研究组合作,研究成果在线发表在Nature。该团队利用去年在Genome Research上发表的单细胞DNA甲基化组高通量测序方法,在国际上首次实现了对人类早期胚胎发育过程中DNA甲基化组的系统研究,揭示了人类早期胚胎DNA去甲基化过程的异质性和其他独特特点。此项研究工作为人们提供了一个全面分析人类早期胚胎DNA甲基化     

《细胞-干细胞》:研究揭示受精卵DNA去甲基化重要机制

<正>近日,中科院上海生科院生化与细胞所一项最新研究发现,小鼠早期胚胎中母源和父源基因组在单细胞的受精卵阶段,均会发生大规模的DNA主动和被动去甲基化,DNA双加氧酶Tet3介导了主动去甲基化的发生,而糖苷酶TDG并不参与该过程。相关研究成果在线发表于学术期刊《细胞-干细胞》。该研究由中科院上海生科院生化与细胞所徐国良研究组、李劲松研究组和北京大学生命科学学院生物动态光学成像中心汤富酬研究组共同完成。研究中,科学家利用最近发展的单细胞简并代表性甲基化测序、发夹DNA甲基化测序以及测定等表观修饰分析技术,结合生殖系选择性敲     

Cell Stem Cell揭示受精卵DNA去甲基化重要机制

<正>2014年9月11日,Cell Stem Cell在线发表了中国科学院上海生科院生物化学与细胞生物学研究所徐国良研究组、李劲松研究组和北京大学生命科学学院生物动态光学成像中心汤富酬研究组的最新研究成果,该研究发现小鼠早期胚胎中母源和父源基因组在单细胞的受精卵阶段均会发生大规模的DNA主动和被动去甲基化,并且DNA双加氧酶Tet3介导了主动去甲基化的发生,而糖苷酶     

DNA甲基化与脊椎动物胚胎发育

DNA甲基化是指DNA甲基转移酶(DNMT)将DNA序列中的5′胞嘧啶转变为5′甲基胞嘧啶的化学修饰, 可以调控基因的时空特异性表达, 从而影响细胞命运决定和分化等生物学过程。近年来研究发现, DNA甲基化在脊椎动物胚胎早期发育中有重要作用, Dnmt基因的缺失会影响胚胎早期发育和多个器官的形成及分化, 如胚胎早期致死、内脏器官和神经系统终末分化缺陷以及血液发生紊乱等。文章总结了DNA甲基化转移酶在小鼠和斑马鱼发育过程中的动态变化, 并系统阐述了DNA甲基化在胚胎早期发育和器官发生中的作用, 重点揭示DNA 甲基化转移酶与组蛋白甲基化转移酶如何协同调控DNA甲基化从而影响基因转录的分子机理。DNA甲基化作为一种关键的表观遗传学因素, 全面系统地理解其在胚胎发育过程中的作用机制对靶向治疗人类相关疾病有一定的理论指导意义。     

综述: DNA甲基化在动物胚胎和生殖细胞发育过程中的重编程

表观遗传信息DNA甲基化在动物的发育、细胞分化和器官形成过程中,起着至关重要的作用．近期,关于DNA甲基化在脊椎动物胚胎发育和生殖细胞发育过程重编程的研究取得了重要的进展．发现斑马鱼的早期胚胎完整地继承了精子的DNA甲基化图谱,而哺乳动物的早期胚胎和原始生殖细胞发育过程则经历了整体去甲基化并重新建立甲基化图谱的过程,但胚胎发育过程中基因的印迹区未发生DNA去甲基化,而生殖细胞发育过程中印迹区的甲基化修饰被消除．     

DNA甲基化在动物胚胎和生殖细胞发育过程中的重编程

表观遗传信息DNA甲基化在动物的发育、细胞分化和器官形成过程中,起着至关重要的作用.近期,关于DNA甲基化在脊椎动物胚胎发育和生殖细胞发育过程重编程的研究取得了重要的进展.发现斑马鱼的早期胚胎完整地继承了精子的DNA甲基化图谱,而哺乳动物的早期胚胎和原始生殖细胞发育过程则经历了整体去甲基化并重新建立甲基化图谱的过程,但胚胎发育过程中基因的印迹区未发生DNA去甲基化,而生殖细胞发育过程中印迹区的甲基化修饰被消除.     

表观遗传信息在动物胚胎发育过程中的重编程

表观遗传修饰调控基因的表达对胚胎发育至关重要。近期,对表观遗传修饰在跨代遗传及早期胚胎发育重编程方面的认识获得了突破性进展。在此,着重阐述DNA甲基化修饰和染色体3D结构在跨代遗传和胚胎发育过程的重编程。在斑马鱼中,子代胚胎抛弃卵子的甲基化图谱,而完全继承精子的DNA甲基化图谱;哺乳动物早期胚胎发育过程出现了全基因组去甲基化的过程,父源和母源基因组都存在主动和被动的去甲基化过程。染色体3D结构在动物受精后,TAD(topologically associated domain)结构消失,并逐渐重新建立。这些重编程对胚胎的发育过程的基因调控起着重要的作用。     

RNA干扰Dnmt1和Dnmt3b对小鼠胚胎成纤维细胞凋亡和基因组DNA甲基化水平的影响

DNA甲基转移酶1(DNMT1)负责DNA甲基化维持,DNA甲基转移酶3b(DNMT3b)主要负责DNA从头甲基化,在体细胞中同时干扰Dnmt1、Dnmt3b表达会给细胞带来何种影响还未见报道。实验以小鼠胚胎成纤维细胞为实验对象,用RNA干扰方法对Dnmt1和Dnmt3b进行敲低,研究分别干扰和同时干扰这两个基因对小鼠胚胎成纤维细胞凋亡、基因组甲基化水平的影响。研究发现,si RNA转染后24 h,Dnmt3b干扰组和Dnmt1+Dnmt3b同时干扰组细胞的增殖细胞核抗原(PCNA)mRNA水平显著降低(P0.05);转染后48h,Dnmt3b单独干扰组、Dnmt1+Dnmt3b同时干扰组中细胞凋亡显著增加(P0.05);Dnmt3b单独干扰组细胞基因组甲基化水平下降32%(P0.01),Dnmt1+Dnmt3b同时干扰组细胞的基因组甲基化水平下降约44%(P0.01)。结果表明,DNMT3b在小鼠胚胎成纤维细胞正常增殖、基因组甲基化水平的维持上具有重要作用。     

人二倍体化合子的DNA 甲基化变化模式

目的:探讨人类三原核合子及二倍体化合子中DNA甲基化模式的变化情况。方法:我们采用显微操作技术去除三原核合子中两个雄原核中的一个,观察恢复了二倍体状态的胚胎的发育情况,并检测了三原核和二倍体化的合子及早期胚胎中DNA甲基化模式的动态变化。结果:二倍体化的合子的囊胚形成率与三原核合子的囊胚形成率无显著性差异;在人三原核合子中两个雄原核发生主动地DNA去甲基化而雌原核在受精后的20h后仍保持甲基化。三原核与二倍体化合子中,DNA甲基化模式没有差别。结论:去除一个雄原核不会影响合子和胚胎的DNA甲基化模式。去除多余雄原核并不能改善胚胎的发育。     

牛早期胚胎发育中AID基因的表达及其调节区DNA甲基化的动态变化北大核心CSCD

以具有DNA主动去甲基化作用的活化诱导胞苷脱氨酶(Activation-induced cytidine deaminase,AID,亦称为AICDA)基因为研究对象,检测其在牛卵母细胞及体外受精胚胎发育不同阶段的表达变化及其调节方式,揭示细胞重编程分子机制。应用Real-time PCR、BSP(Bisulfite Sequencing PCR)和免疫荧光化学等方法分析DNA甲基化对牛早期胚胎发育中AID基因表达的影响。结果显示,AID基因在牛早期胚胎发育中受DNA甲基化的调控,AID基因的T-DMR(tissue-dependent and differentially methylated region)位于其转录起始位点-88 bp--431 bp。在牛卵母细胞成熟过程中,T-DMR第2和第3号Cp G位点的DNA甲基化明显去除,而其他位点都未发生变化。卵母细胞在成熟过程中AID基因的积累与DNA甲基化状态变化相关。在牛体外受精胚发育早期的各阶段,尽管AID基因的表达不同,但AID基因T-DMR除第2和第3号CpG位点一直都维持去甲基化状态外,其他位点始终维持甲基化状态。推测其表达的变化可能是胚胎基因组激活有关。以上研究表明,AID基因T-DMR的低甲基化与其表达存在一定的相关性。通过免疫荧光检测发现,从卵母细胞成熟期到桑椹胚期,AID蛋白都是均匀分布于细胞核和细胞质中。而囊胚时期大量AID蛋白集中于内细胞团,这可能对于内细胞团多能性的维持起重要作用。综上所述,牛卵母细胞成熟中积累的AID作用于受精过程,其启动子区的DNA去甲基化与AID基因的表达有关,胚胎基因组激活后AID基因的表达可能与胚胎发育有关。     

生殖细胞及早期胚胎基因组印记的表观调控

基因组印记是一种区别父母等位基因的表观遗传过程,可导致父源和母源基因特异性表达。印记是在配子发生过程中全基因组表观重编程时获得的,且在早期胚胎发育过程中得以维持。因此,在全基因组重编程过程中,对印记的识别和维持十分重要。本文概述了原始生殖细胞的印记清除、双亲原始生殖细胞的印记获得以及早期胚胎发育过程中印记维持的相关过程,并对在印记区域内保护印记基因免受全基因组DNA去甲基化的表观遗传因子的相关作用机制进行了讨论。     

牛早期胚胎发育中AID基因的表达及其调节区DNA甲基化的动态变化

以具有DNA主动去甲基化作用的活化诱导胞苷脱氨酶(Activation-induced cytidine deaminase,AID,亦称为AICDA)基因为研究对象,检测其在牛卵母细胞及体外受精胚胎发育不同阶段的表达变化及其调节方式,揭示细胞重编程分子机制。应用Real-time PCR、BSP(Bisulfite Sequencing PCR)和免疫荧光化学等方法分析DNA甲基化对牛早期胚胎发育中AID基因表达的影响。结果显示,AID基因在牛早期胚胎发育中受DNA甲基化的调控,AID基因的T-DMR(tissue-dependent and differentially methylated region)位于其转录起始位点-88 bp--431 bp。在牛卵母细胞成熟过程中,T-DMR第2和第3号Cp G位点的DNA甲基化明显去除,而其他位点都未发生变化。卵母细胞在成熟过程中AID基因的积累与DNA甲基化状态变化相关。在牛体外受精胚发育早期的各阶段,尽管AID基因的表达不同,但AID基因T-DMR除第2和第3号CpG位点一直都维持去甲基化状态外,其他位点始终维持甲基化状态。推测其表达的变化可能是胚胎基因组激活有关。以上研究表明,AID基因T-DMR的低甲基化与其表达存在一定的相关性。通过免疫荧光检测发现,从卵母细胞成熟期到桑椹胚期,AID蛋白都是均匀分布于细胞核和细胞质中。而囊胚时期大量AID蛋白集中于内细胞团,这可能对于内细胞团多能性的维持起重要作用。综上所述,牛卵母细胞成熟中积累的AID作用于受精过程,其启动子区的DNA去甲基化与AID基因的表达有关,胚胎基因组激活后AID基因的表达可能与胚胎发育有关。     

5-脱氧杂氮胞苷抑制小鼠附植前的胚胎发育

DNA甲基化在哺乳动物发育过程中有关键作用．在小鼠附植前胚胎发育过程中,DNA甲基化一直处于动态变化过程中．通过将体外受精胚在5-AZA-CdR中持续培养,研究5-AZA-CdR对小鼠附植前胚胎发育的影响,为附植前胚胎发育机理的研究及5-AZA-CdR的毒副作用研究提供试验基础．从原核期加入不同浓度的5-AZA-CdR时,胚胎不能发育到桑椹胚(0.2 和1.0 μmol/L)和4-细胞胚(5.0 μmol/L);从2-细胞期加入时,胚胎阻滞于未致密化的8-细胞(0.2 和1.0 μmol/L)和3/4-细胞期(5.0 μmol/L);而当从4-细胞加入时,虽然胚胎能够发育到早期桑椹胚,但发育比例同对照相比显著降低(P < 0.05)．进一步检测凋亡、基因组DNA甲基化和整体转录活性,结果显示,高浓度的5-AZA-CdR导致8-细胞和早期桑椹胚发生早期凋亡,而低浓度的5-AZA-CdR引起8-细胞和早期桑椹胚基因组DNA甲基化的降低和转录活性的降低,并且这种降低呈浓度依赖性．所以加入低浓度的5-AZA-CdR时,胚胎的DNA甲基化降低,引起转录活性的降低,进而导致胚胎发育的停滞．     

抗肿瘤药物对小鼠早期胚胎发育的影响

表观遗传修饰在基因表达和克隆胚胎的早期发育方面有重要作用.表现遗传修饰至少发生在两个关键时期--配子形成期和植入前胚胎,如果在此期间发生异常,则会导致胚胎的死亡及出生后各种疾病的发生.其中DNA的甲基化是最重要的一种表观遗传修饰类型,DNA甲基化在哺乳动物发育过程中起关键作用.综述几种类型抗肿瘤药物作用机制——其使胚胎的DNA甲基化降低,引起转录活性降低,进而导致胚胎发育停滞.     

胚胎发育过程中的DNA甲基化作用

哺乳动物的正常发育取决于表观遗传学调控机制准确无误地运行.其中尤为重要的是发生在原生殖细胞和胚胎中的基因组范围内的DNA甲基化模式重排等表观遗传学修饰.胚胎发育过程中的DNA甲基化作用与基因印记的建立、基因表达的调控以及细胞和胚胎的形态建成都密切相关.DNA甲基化发生机制和功能的阐明将对哺乳动物个体发育与人类疾病研究有重要意义.     

哺乳动物DNA甲基化修饰的动态调控机制

DNA甲基化是生命体最主要的表观遗传修饰之一。哺乳动物DNA甲基化主要发生在胞嘧啶第五位碳原子上,称为5-甲基胞嘧啶(5-methylcytosine,5m C)。哺乳动物DNA甲基化由从头DNA甲基转移酶DNMT3A/3B在胚胎发育早期建立,甲基化模式的维持由DNA甲基转移酶DNMT1实现。TET家族蛋白氧化5-甲基胞嘧啶起始DNA的去甲基化过程。这些DNA甲基化修饰酶精确调节DNA甲基化的动态过程,在整个生命发育过程中发挥重要作用,其失调也与多种疾病发生密切相关。现结合国内外同行研究进展,介绍课题组近年来对DNA甲基化修饰酶的结构与功能研究。     

哺乳动物DNA甲基化修饰的动态调控机制

DNA甲基化是最主要的表观遗传修饰之一,主要发生在胞嘧啶第五位碳原子上,称为5-甲基胞嘧啶。哺乳动物DNA甲基化由从头DNA甲基转移酶DNMT3A/3B在胚胎发育早期建立。细胞分裂过程中甲基化模式的维持由DNA甲基转移酶DNMT1实现。TET家族蛋白氧化5-甲基胞嘧啶成为5-羟甲基胞嘧啶、5-醛基胞嘧啶和5-羧基胞嘧啶,从而起始DNA的去甲基化过程。这些DNA甲基化修饰酶精确调节DNA甲基化的动态过程,在整个生命发育过程中发挥重要作用,其失调也与多种疾病发生密切相关。本文对近年来DNA甲基化修饰酶的结构与功能研究进行讨论。     

《自然-生物技术》：iPSCs保留来源组织“表观遗传记忆”

已有研究表明小鼠诱导性多功能干细胞（itIducedpluripotentstemcells，ipscs）保留着它们起源的细胞类型的表观遗传“记忆”。KitaiKim等研究人员近日在人类细胞中研究了这个问题，并且把重编程过程中DNA甲基化的不完全擦除和异常的重新甲基化（denovomethylation）记录下来。该研究结果于2011年11月27日在线发表在《自然-生物技术》杂志上。     

牛体外受精胚胎的基因组甲基化模式

利用抗5-甲基胞嘧啶(5MeC)抗体免疫荧光法检测了体外成熟(IVM)、体外受精(IVF)和体外培养(IVC)的牛合子及早期胚胎的基因组甲基化模式. 实验结果表明: 有61.5%的合子发生了雄原核去甲基化, 而34.6%的合子没有发生去甲基化; 当胚胎发育到8-细胞时, 甲基化水平明显下降, 且一直到桑椹胚期仍维持低甲基化状态, 但同一枚胚胎的不同卵裂球之间甲基化水平不同; 在囊胚期, 内细胞团细胞的甲基化水平很低, 而滋养层细胞的甲基化水平却很高. 本研究结果至少部分地提示, IVM/IVF/IVC可能对牛合子及早期胚胎的甲基化模式有一定影响.     

人类胚胎干细胞分化前后CDCA8基因启动子区甲基化状态的实验研究

目的：分析在人类胚胎干细胞分化过程中,CDCA8基因启动子区甲基化的状态.方法：生物信息学预测人类CDCA8基因上游2 kb区域的CpG岛.抽提未分化和自然分化的人类胚胎干细胞gDNA,应用重亚硫酸盐修饰和DNA序列分析方法检测CDCA8基因启动子区CpG岛甲基化情况.结果：未分化和自然分化的人类胚胎干细胞中,被检测的CDCA8基因启动子区CpC岛均未发现明显的甲基化修饰.结论：在人类胚胎干细胞分化前后,CDCA8基因启动子关键区域的甲基化状态未发生明显改变.