世界首个人类早期胚胎DNA甲基化全景图谱问世

说明早期人类胚胎中DNA甲基化的动态变化

说明早期人类胚胎中的DNA甲基化模式

7月23日，北京大学生命科学学院生物动力光学成像中心唐研究组与北京大学第三医院研究组在国际知名期刊《自然》在线联合发表了一篇题为《人类地球上的DNA甲基化景观》的文章，采用了基因组研究小组去年发表的单细胞DNA甲基化群高通量测序法(基因组研究2013年12月号)。23(12):2126-35。)，这是世界上首次系统研究人类早期胚胎发育中的DNA甲基化群，揭示了人类早期胚胎中DNA去甲基化过程的异质性等独特特征。

DNA甲基化在基因表达调控、基因印迹的维持、X染色体失活的维持和转座子转座子重复转座的抑制中起着非常重要的作用。然而，哺乳动物的胚胎发育是从一个受精卵细胞开始的，在精子和卵细胞结合后，父母的表观遗传记忆信息(主要是DNA甲基化)需要被清除，只留下某些部分转移给下一代个体。以前没有关于早期人类胚胎的DNA甲基化的报道。

北京大学的研究团队与唐研究团队合作，首次利用微细胞甚至单细胞的DNA甲基化技术，分析了早期人类胚胎的DNA甲基化调控网络。主要研究结果如下:(1)受精前，精子和卵细胞的DNA甲基化水平很高；然而，受精后，父母的表观遗传记忆被大规模抹去，胚胎的DNA甲基化水平在着床前的胚泡期降至最低点。然而，在这种全基因组范围的脱氧核糖核酸去甲基化过程中，用印记基因标记的脱氧核糖核酸甲基化可以被精确地保持和保存。(2)受精前精子基因组DNA的甲基化程度明显高于卵细胞，而受精后精子亲本DNA的去甲基化速度快于卵细胞亲本DNA。受精卵结束时，亲本DNA的甲基化程度低于亲本DNA。(3)受精卵基因组DNA去甲基化过程表现出很强的异质性。在同一发育阶段的不同受精卵中，基因组DNA的甲基化程度存在显著差异。(4)在早期人类胚胎的大规模去甲基化过程中，与进化中更年轻、更活跃的转座子相比，进化中更老的转座子重复序列的去甲基化程度更彻底，这表明早期人类胚胎在着床前发育过程中巧妙地平衡了消除表观遗传记忆和抑制转座子重复序列转座子活性。(5)首次在人类卵母细胞非CpG位点发现相对较高的DNA甲基化修饰，发现基因区非CpG位点的甲基化程度与相应基因的表达呈正相关，表明非CpG位点的甲基化可能参与了基因转录的调控。

本研究工作为人们全面分析人类早期胚胎的DNA甲基化调控网络提供了研究框架，对于加深对人类早期胚胎发育表观遗传调控机制的认识，提高辅助生殖技术的安全性评价，促进临床疑难早期胚胎发育异常病例的诊断和治疗具有重要意义。

北京大学第三医院生殖医学中心的教授和北京大学生命科学学院生物动态光学成像中心的唐研究员是本文的合著者。北京大学卫生科学研究院的研究生郭洪山和朱平，以及北京大学第三医院的严博士和李荣博士是这篇论文的共同主要作者。该研究得到了国家重大科学研究计划、国家自然科学基金和北京市科学技术委员会前沿项目基金的资助。(来源:科学网络)