我國科學(xué)家在人類(lèi)胚胎發(fā)育和進(jìn)化研究中取得重要進(jìn)展
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發(fā)布時(shí)間：2018-03-26
圖. 染色體開(kāi)放性在人類(lèi)胚胎早期發(fā)育過(guò)程中對基因表達及其與進(jìn)化的關(guān)聯(lián)
在國家自然科學(xué)基金項目（項目編號：91731312，31425015，31601052）等資助下，中國科學(xué)院北京基因組所劉江團隊與山東大學(xué)附屬生殖醫院陳子江團隊、廣州醫科大學(xué)劉見(jiàn)橋團隊合作，在國際上首次解讀了“染色體開(kāi)放性” 如何指揮人類(lèi)胚胎的基因表達。研究成果以“Chromatin Accessibility Landscape in Human Early Embryos and its Association with Evolution”（人類(lèi)胚胎染色體開(kāi)放性及其與進(jìn)化的關(guān)聯(lián)）為題，于2018年3月9日在國際頂級期刊Cell（《細胞》）上在線(xiàn)發(fā)表，論文鏈接http://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(18)30172-7。
發(fā)育的進(jìn)行需要體內的基因能夠按照設定的程序、在特定的時(shí)間和特定的地點(diǎn)有序地表達，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為基因表達的編程。人體設定基因表達程序的一種“編程語(yǔ)言”被稱(chēng)為“染色體開(kāi)放狀態(tài)”。早期胚胎發(fā)育中“染色體開(kāi)放性”如何指揮人類(lèi)胚胎的基因表達并不是很清楚，劉江團隊等克服研究材料缺乏的難題，建立了少至50細胞的研究染色體開(kāi)放狀態(tài)的方法，在國際上首次研究人類(lèi)胚胎基因組的激活機制?？茖W(xué)家們找到啟動(dòng)人類(lèi)基因組表達的關(guān)鍵分子（OCT4）。在人類(lèi)合子基因組激活時(shí)期，染色質(zhì)開(kāi)放區域富集OCT4的結合基序；抑制OCT4的表達會(huì )導致大量合子基因無(wú)法正常表達。同時(shí)，發(fā)現人類(lèi)在進(jìn)化中，最先出現的基因（老基因）會(huì )先表達、而最后出現的基因往往會(huì )后表達。究其原因是細胞設定程序讓老基因的調控開(kāi)關(guān)最先被打開(kāi)。
該研究還揭示了人類(lèi)進(jìn)化的一個(gè)重要新機制。DNA的突變會(huì )引起人類(lèi)的進(jìn)化，DNA序列中有一類(lèi)被稱(chēng)為轉座子的DNA片段，這類(lèi)DNA片段在轉錄為RNA后，經(jīng)逆轉錄成為 cDNA并隨機插入到基因組的新位點(diǎn)，這種跳動(dòng)就會(huì )產(chǎn)生DNA突變。研究發(fā)現引起人類(lèi)進(jìn)化的轉座子恰恰主要在胚胎（而非成熟組織）中處于染色質(zhì)開(kāi)放狀態(tài)，并具有轉錄成RNA的活性，轉座子的這種活躍狀態(tài)會(huì )使人類(lèi)基因組產(chǎn)生新突變，而只有在胚胎中產(chǎn)生的突變，才更可能傳遞到后代中，從而引起人類(lèi)的進(jìn)化。
劉江團隊一直致力于胚胎發(fā)育研究，此前連續三次在《細胞》雜志發(fā)表文章，揭示DNA甲基化圖譜在魚(yú)類(lèi)從精子而非卵子中傳遞到子代胚胎；發(fā)現哺乳動(dòng)物子代繼承親代DNA甲基化圖譜的規律，更新了關(guān)于受精后DNA甲基化圖譜重編程的傳統認識。該研究成果為人類(lèi)胚胎發(fā)育基因表達調控深入研究奠定基礎，并將會(huì )為人類(lèi)的優(yōu)生優(yōu)育提供理論依據。
（本文轉載國自然基金委員會(huì )）
