上海代生有成功的吗
点评|吴强（上海交通大学）、李程（北京大学）
责编|迦溆
染色体三维布局是紧张的表观遗传因素，与基因的抒发调控密切相关。有研讨指出，染色体布局出现异常会形成手指发育畸形、性别反转、癌症产生等一系列问题。
人类个体发育从精卵结合造成受精卵起头，阅历初期胚胎发育进程，由一个细胞渐渐团结分化造成一个含有上百种细胞类型、详细多种器官的庞大有机体，但人类精子跟卵子受精后，细胞核中的染色体布局若何变更，哪些生物份子会影响胚胎中的染色体布局变更，长期以来是已被办理清晰的迷信问题。
另外，精子正在形态跟功用上与其他终末分化的细胞判然不同，染色体正在人类精子中若何紧缩折叠借并没有清晰。
是以，探讨染色体三维布局正在人类精子及初期胚胎中的动态变化及其背地的调控份子关于深化明白人类胚胎发育有紧张的实际跟临床意义。
中科院北京基因组所刘江团队及其合作者近年来正在研讨初期胚胎发育进程中表观遗传变更【12】、染色质开放形态跟【3】3D基因组布局等【4】方面做出了一系列精彩的事情（部门内容详见BioArt此前的报导：Cell丨中国学者初次报导人类初期胚胎发育染色质调控的静态图谱——附三组专家点评；颉伟/刘江组面对面正在Nature跟Cell报导哺乳动物着床前胚胎染色体三维布局重编程【专家点评】）。
清华大学颉伟课题组、同济大学高绍荣课题组等正在相关范畴也做出系列紧张事情。2018年3月9，刘江团队、山东大学陈子江团队与广州医科大学三附院刘见桥团队协作曾正在Cell杂志上曾报导了人类初期胚胎发育进程中染色质开放性慢慢树立的进程。
2019年12月5，刘江团队再次与陈子江团队协作正在Nature上在线颁发了题为KeyroleforCTCFinestablishingchromatinstructureinhumanembryos的论文，对精子及人类初期胚胎发育进程中的染色体布局动态变化环境停止了描画，发明论文CTCF卵白关于初期胚胎发育中TAD布局的紧张调控功用，为进一步展现人类胚胎发育神秘供给珍贵资源。
基因组的三维布局是由拓扑相关结构域（TAD，topologicallyassociateddomain）根本单位组成。最新的这项研讨结果显示，正在成熟的人类精子中不TAD布局而且不检测到染色质调节卵白CTCF（下图），那与正在小鼠精子中的环境完整分歧。正在受精后，胚胎中TAD布局十分恍惚，正在后续的胚胎发育中染色体渐渐树立明晰的TAD布局。
初等动植物基因组可以人为分别为两个区室布局，称作A/B区室（CompartmentA/B）布局，A区室布局呈松散染色质形态，基因密度下，属于转录活泼区域，而B区室布局则呈紧缩染色质形态，基因密度低，属于转录抑止区域。
这项研讨借发明A/B区室布局正在人的2细胞期胚胎中消失，然后正在后续发育中从头树立（下图）。值得注意的是，不同于小鼠胚胎跟果蝇胚胎，正在人类初期胚胎中阻断合子基因组激活（ZGA）可以抑止TAD布局的树立。
另外，进一步剖析发明CTCF卵白正在合子基因组激活之前抒发量十分有限，正在TAD布局呈现的合子。正在胚胎中敲低CTCF卵白可以招致TAD布局显著变弱，那评释正在合子CTCF卵白的抒发关于人类初期胚胎的TAD布局树立至关重要。
本研究成果初次展现了人类初期胚胎中的染色体三维布局的动态变化，并发明CTCF卵白关于初期胚胎发育中TAD布局的紧张调控功用，为进一步展现人类胚胎发育神秘供给珍贵资源。
吴强（上海交通大学体系生物医学研究院）
正在真核细胞核中，三维基因组折叠造成高度有序而且井井有条的拓扑结构域，两个拓扑结构域之间由断绝子离开，影响细胞特异性基因抒发调控。近年来，跟着高通量测序技巧跟表观遗传剖析技巧的迭代开展，初期胚胎发育进程的表观遗传谱、染色质开放图谱等均失掉了体系的研讨，但针对初期胚胎等少许细胞的染色质三维布局的相关研讨较为希少。
海内多个研究组近年来接连正在高水平期刊上颁发了一系列对于初期胚胎发育进程中的基因抒发调控跟染色质开放图谱，但人类胚胎发育进程中三维基因组的架构及静态重编程图谱此前借处于空缺。
山东大学陈子江研究组跟中科院北京基因组研究所刘江研究组协作，应用后期开辟的少许细胞Hi-C技巧，初次绘制了人类初期胚胎发育进程中的染色质三维布局静态图谱，剖析了A/B区室的动态变化，和染色质高等布局架构卵白CTCF的关键作用，办理了范畴内关键问题。
该研讨用50-100个细胞绘制了人精子、2细胞、8细胞、桑椹胚、囊胚及6周龄维布局图谱。该研讨发明，与小鼠精子分歧，人类精子细胞没有抒发染色质架构卵白CTCF，其染色质没有包括拓扑结构域。该研讨进一步发明人类拓扑结构域次要正在8细胞阶段逐步形成，而正在小鼠初期胚胎发育进程中拓扑结构域是从2细胞阶段起头慢慢树立。
另外，A/B区室化正在人类胚胎发育进程中渐渐树立。最初，阻断合子基因组激活可以抑止人胚中拓扑结构域的树立，而正在小鼠跟果蝇初期胚胎中拓扑结构域的树立没有依赖于合子基因组激活。以是合子基因组激活正在人胚拓扑结构域树立中的特殊作用将是一个紧张的研讨标的目的。
人类初期胚胎发育中染色质高等布局的树立依赖于拓扑结构域鸿沟的造成。
该研讨初次发明，2界數量占囊胚期的30%，而8细胞期造成的拓扑结构域鸿沟數量占囊胚期的67%。进一步研讨发明初期造成的拓扑结构域鸿沟距离持家基因比晚期造成的拓扑结构域更近，这个纪律正在人跟小鼠中皆合用。
最初，研讨发明反复序列正在拓扑结构域鸿沟富集。这些紧张发明为人胚拓扑结构域鸿沟造成的机制研讨奠基了根底。染色质架构卵白CTCF正在三维基因组造成中起到关键作用，基因组中不计其数CTCF位点的绝对标的目的跟地位决意着染色质环化的标的目的和拓扑结构域的造成。
该研讨初次发明人胚拓扑结CTCF的抒发吻合，而且拓扑结构域正在CTCF敲低后光鲜明显削减，那评释人胚拓扑结构域正在合子构卵白CTCF。
可是正在合子抒发CTCF卵白却不克不及援救（rescue）拓扑结构域的树立，解释人胚拓扑结构域的树立借须要其他的染色质架构卵白。
此外一种可能性是CTCF架构拓扑结构域须要合子RNA份子，例如增强子eRNA，由于比年研讨发明CTCF与良多RNA相互作用，解释CTCF介导的染色质拓扑布局造成能够依赖于RNA份子。
总之，人类初期胚胎发育进程三维基因组调控变更为进一步研讨核内空间结构的树立与发育的关联供给了新的线索跟思绪，关于说明林林总总人类疾病与三维基因组架构机制的关联起到紧张鞭策作用，为人类生殖发育研讨跟未来相关疾病医治奠基紧张的根底。
李程（北京大学生命科学学院）
陈子江/刘江团队协作的最新事情，研讨人初期胚胎发育进程中三维基因组的树立跟变更进程，并与之前统一团队跟偕行正在小鼠初期胚胎发育的相关研讨做比力、与CTCF正在胚胎初期发育进程中的抒发量做关系。
研讨发明TAD布局从8，正在囊胚期根本树立了与6周胚胎跟hESC细胞类似的TAD布局。A/B区室布局则树立较晚，正在8细胞期跟之前只存在近似缄默沉静X染色体的大块区室布局，正在桑椹胚期渐渐起头树立，到囊胚期根本建成。这些发明撑持TAD与A/B区室由分歧的机制而造成。若是正在合子期抑止ZGA，TAD布局不克不及正在8细胞期树立，提醒TAD造成须要基因转录。已知资助TAD跟染色质环造成的卵白有cohesin复合体跟CTCF，前者正在ZGA前便下抒发，而CTCF正在8细胞期的抒发俄然上调，抑止ZGA也抑止了CTCF。若是正在合子期起头抑止CTCF抒发，桑椹胚期便不会呈现TAD布局。联合CTCF规复试验，作者总结CTCF对ZGA进程中的TAD树立是需要但非充分条件。
作者利用优化的微量Hi-C试验（50-100细胞）、人与小鼠细胞的混淆Hi-C试验（消除实验偏倚，用小鼠TAD做对比），供给了珍贵的资源供研讨初期胚胎发育的表观遗传进程。后续若是能整合微量细胞的CTCF染色质联合试验，能够更充足天论证CTCF跟染色质联合卵白正在初期胚胎发育中与三维基因组、表观遗传跟基因抒发的因果关系。
制版人：小娴子
参考文献
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3、KeY.XuY.ChenX.FengS.LiuZ.SunY.......LiuJ.(2017).3Dchromatinstructuresofmaturegametesandstructuralreprogrammingduringmammalianembryogenesis.Cell170(2)367-381.
4、GaoL.WuK.LiuZ.YaoX.YuanS.TaoW.......LiuJ.(2018).Chromatinaccessibilitylandscapeinhumanearlyembryosanditsassociationwithevolution.Cell173(1)248-259.