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Cell Rep|周帆团队揭示胚胎着床期DNA甲基化与转录的动态共舞机制

BioArt  · 公众号  · 生物  · 2025-06-08 10:10

主要观点总结

本文介绍了关于哺乳动物胚胎着床前后转变(PPT)的研究,这是早期胚胎发育中的关键事件。研究结合多组学测序与验证体系,系统解析了围着床胚胎DNA甲基化(DNAme)和基因表达(RNA expression,RNAex)的协同动态调控模式。该研究揭示了谱系特异性DNAme动态变化、父母源DNAme差异的非同步消失规律,以及启动子DNAme-RNAex多样化动态模式,为非经典分子特征的理解提供了新的视角。

关键观点总结

关键观点1: 研究背景及重要性

哺乳动物胚胎的着床前后转变是早期胚胎发育中的关键事件,涉及发育重编程和一系列精密调控事件。近年来,少量细胞或单细胞组学测序技术的进展极大推动了早期发育分子动态图景的绘制与理解。

关键观点2: 研究内容及方法

该研究通过结合高精度多组学挖掘与体内外模型验证,从多个角度系统解析了围着床胚胎DNAme和RNAex的协同动态调控模式。通过单细胞DNAme测序和数据分析,揭示了着床后谱系经历的DNAme重建过程和父母源差异性DNAme的异步动态变化。

关键观点3: 研究结果与发现

研究发现,着床后谱系经历了全基因组甲基化水平的剧烈升高,其中胚内谱系的DNAme重建速度与水平显著高胚外谱系。父母源差异性DNAme在印记基因的表达和转座元件的不对称沉默中发挥重要作用。启动子差异DNAme分析揭示了谱系特异性启动子低甲基化与后续谱系特化和细胞命运决定的密切关系。

关键观点4: 研究影响与意义

该研究为理解胚胎发育中表观遗传与基因表达的互作关系提供了新视角,整合分析表明围着床期大部分基因呈现经典DNAme-RNAex负相关模式。同时,少量基因存在启动子甲基化与RNAex正协同变化模式,该模式在小鼠和人类各谱系中保守。


正文

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测序 ,结果显示 着床后谱系均经历了全基因组甲基化水平的剧烈升高,其中胚内谱系 胚胎上胚层( epiblast EPI DNAme 重建速度与水平显著 高于胚外谱系 (内脏内胚层( visceral endoderm VE 胚外外胚层( extraembryonic ectoderm ExE 小鼠、猴和人类在受精后都经历了全基因组去甲基化过程,并在围着床阶段降至最低水平,着床后重新建立谱系特异的 DNAme 模式。此外, VE 亚群在基因组元件和 VE 亚群特异表达基因上均呈现出差异 DNAme 表明 VE 亚群命运决定过程中也经历了各自的 DNAme 动态变化。

父母源差异性 DNAme 在印记基因的表达和转座元件的不对称沉默中发挥重要作用 2, 3 然而哺乳动物早期发育中该差异贯穿 PPT 全程的规律仍未系统揭示。 作者 发现 早期胚胎发育过程中父母源 DNAme 差异的消失呈现出元件亚型特异性的时序差异,且这一现象与小鼠的性别和品系无关。 值得注意的是,各类父母源基因组元件 (尤其是转座子、逆转座子等区域) 的异步动态变化,是否参与早期胚胎基因表达调控并影响谱系命运值得关注。

启动子差异 DNAme 分析显示, E5.5 胚胎存在 EPI 特异性低 DNAme 启动子,相关基因显著富集于 E6.5 原肠胚形成等关键发育通路。例如原肠运动相关基因 Brachyury T E5.5 EPI 中提前形成 EPI 特异性低 DNAme ,并在 E6.5 原条 primitive streak, PS 中特异性激活表达。 VE/ExE 特异性低甲基化启动子相关基因主要参与调控消化系统与胎盘发育。这些谱系特异性启动子低甲基化基因与 后续谱系特化和细胞命运决定密切相关,提示启动子甲基化状态可能通过 " 表观遗传预编程 " 机制预先调控各谱系基因开关,从而限制细胞向非目标谱系分化。

整合分析表明,围着床期 EPI 中大部分基因呈现经典 DNAme-RNAex 负相关模式 (即启动子高甲基化抑制基因表达) 。同时,少量基因存在启动子甲基化与






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