北大、中科院Cell子刊发布表观遗传学重要发现

　　

生物通报道  来自中科院上海生命科学研究院和北京大学的研究人员在新研究中发现，哺乳动物受精卵中的雄性和雌性原核DNA均经历了广泛的主动和被动去甲基化。这些研究结果发布在9月11日的《细胞干细胞》（cell stem cell）杂志上。

中科院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所的徐国良（Guo-Liang Xu）研究员、李劲松（Jinsong Li）研究员以及北京大学的汤富酬(Fuchou Tang)研究员是这篇论文的共同通讯作者。

基因组表观遗传重组出现在细胞发育潜能发生变化的时期。早期植入前胚胎的表观遗传重编程对于细胞分化和胚胎的生长发育至关重要，这涉及到表观遗传印记（尤其是DNA甲基化）的消除和重建过程。配子特异性5-甲基胞嘧啶(5mC)模式是哺乳动物精子和卵母细胞表观基因组的重要特征，在早期胚胎发生过程中这一模式经历重编程，从而建立起完全的发育潜能。

以往的研究表明，在受精卵中父系基因组会经历主动去甲基化，而母系基因组则可保持甲基化的状态不变，直到随后的卵裂过程中通过DNA复制被动去甲基化。研究人员认为，主动去甲基化的过程主要依赖于Tet家族双加氧酶和胸腺嘧啶DNA糖基化酶(TDG)。Tet酶可将DNA中的5mC(5-甲基胞嘧啶)和5hmC(5-羟甲基胞嘧啶)进一步氧化为第7种碱基:5-羧基胞嘧啶(5caC);而 TDG可以特异性地识别这一新的碱基修饰形式,并将其从基因组中切除。这一DNA主动去甲基化的途径为：5mC→5hmC→5caC→C（延伸阅读：中科院徐国良最新Nature文章）。

在这篇文章中，研究人员报道称发现在首次有丝分裂之前母系和父系基因组均经历了广泛的主动和被动去甲基化。采用DNA复制抑制剂阿非迪霉素（aphidicolin）可以阻断被动去甲基化，而在雄性和雌性原核中删除Tet3则可破坏主动去甲基化。在主动去甲基化位点，5mCs被处理为未经修饰的胞嘧啶。令人惊讶的是，从受精卵中删除TDG不会影响去甲基化过程，这表明在Tet3介导氧化的下游存在有其他的去甲基化机制。

（生物通：何嫱）

作者简介：

徐国良:近年主要从事动物发育(包括胚胎与成体干细胞分化)过程中DNA甲基化及组蛋白修饰在基因表达调控中的作用及其分子机理的研究。研究方向：表观遗传调控及其与癌症等重大疾病的关系.

李劲松: 2007年8月起任中科院上海生科院生物化学与细胞生物学研究所研究员。研究方向：体细胞重编程与诱导多能干细胞

汤富酬：2010年至今在北京大学生物动态光学成像中心任研究员。主要围绕哺乳动物早期胚胎发育，研究胚胎干细胞和上胚层干细胞的自我更新能力和多能性调控的分子机理，特别是表观遗传学调控机理，以及相关的原始生殖细胞发育过程中的表观遗传学重编程机理。利用本实验室发展的单细胞microRNA表达谱分析技术、基于深度测序的单细胞数字转录组分析技术、单细胞基因分型技术、以及染色体免疫共沉淀-深度测序技术、小鼠胚胎显微操作技术深入分析多能性干细胞的动态基因表达网络和表观遗传学调控。

生物通推荐原文摘要：

Active and Passive Demethylation of Male and Female Pronuclear DNA in the Mammalian Zygote

The epigenomes of mammalian sperm and oocytes, characterized by gamete-specific 5-methylcytosine (5mC) patterns, are reprogrammed during early embryogenesis to establish full developmental potential. Previous studies have suggested that the paternal genome is actively demethylated in the zygote while the maternal genome undergoes subsequent passive demethylation via DNA replication during cleavage……