中科院揭示哺乳动物胚胎染色体3D结构重编程规律

记者从中科院了解到，中科院北京基因组研究所刘江课题组和上海科技大学黄行许课题组合作揭示了哺乳动物成熟精子和卵子染色体的三维结构以及早期胚胎发育过程中染色体结构的重编程变化。相关结果发表在北京时间7月14日凌晨的国际期刊《细胞》上。

哺乳动物配子和早期胚胎的数量非常有限，因此研究小组首先解决了用少量细胞建立三维染色体结构图的问题，并获得了小鼠精子、卵子和早期胚胎的高分辨率染色体高层次结构图。

研究人员的进一步研究发现，成熟的卵子没有拓扑结构域，超远距离染色体相互作用在精子中很常见。受精卵和2细胞胚胎几乎没有更高的染色体结构。随着发展，更高的染色体结构逐渐建立。此外，染色体高级结构的建立不依赖于合子基因组转录的激活，而是依赖于基因组复制。此外，本研究还首次发现染色体的高级结构与DNA甲基化之间的相关性，并发现DNA去甲基化的早期发展也与染色体的高级结构有关。

该研究为进一步了解哺乳动物如何从受精卵发育成多功能个体奠定了重要基础，也为人们了解早期胚胎中真实的三维基因组结构奠定了良好的基础。哺乳动物细胞早期胚胎发育的高分辨率染色体高级结构图谱数据将为表观遗传学和生物学信息研究领域提供有价值的资源，有助于揭示胚胎发育的奥秘。

如果把人类的DNA画成一条直线，它的长度约为2米，但平均细胞核的直径只有5 ~ 10微米。因此，如何将基因组DNA正确折叠并储存到细胞核中是一个非常重要的科学问题。现有研究表明，基因组DNA的三维折叠在细胞核如何指导细胞功能方面起着非常重要的作用。

对包括人类在内的大多数动物来说，生命始于精子和卵子的结合。然而，精子和卵子的核结构与我们身体中的其他体细胞非常不同。精子核非常小，只有正常核的1/10左右。染色体富含鱼精蛋白，处于高度压缩状态。然而，成熟卵的细胞核处于中期，染色体处于高度压缩状态，这与大多数细胞仍有很大不同。因此，精子和卵子受精后，细胞核中的染色体如何变化并成为正常的细胞染色体是一个尚未被理解的科学问题。同时，了解哺乳动物发育过程中染色体高级结构的变化有助于理解人类是如何从受精卵发育成个体的。