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胚胎发育表观遗传学研究获进展

2019-03-08 21:57:34

来自新加坡医学生物研究所(IMB)的科学家们领导的一个国际小组,在新研究中发现通常存在于母亲卵子中的一种称之为TRIM28的蛋白在受精后对维持一组特定基因的“表观遗传学标记”起至关重要的作用。这一研究发现为深入探究表观遗传学对不孕不育的影响铺平了道路。相关研究论文发表在3月23日的《科学》(Science)杂志上。

胚胎发育表观遗传学研究获进展

以往的研究表明核重编程和基因组印记对于胚胎的存活及随后的发育均至关重要。然而直到现在对于影响早期胚胎阶段这两个过程相互作用的基本机制却仍不是很清楚。

在受精后,来自精子和卵子DNA上的大多数表观遗传学标记都会被删除。这种删除的过程称为核重编程,它使得来自父母的基因被重新设置以确保早期胚胎细胞能够发育形成机体的所有细胞类型。

另一方面,一组特定基因(一些来自母亲,一些来自父亲)上某些表观遗传学标记却必须保存下来。这些基因被说成是打上了来源于父母的“印记”,这些标记的保存对于新形成胚胎的存活至关重要。以适当的水平表达这些印记基因是确保胚胎的正常发育的必要条件。如果这些印记基因上的表观遗传学标记不受到保护,就会导致胚胎出现严重的和多种发育缺陷。

利用来自近交系遗传一致的小鼠,新加坡医学生物研究所的高级首席研究员Davor Solter和Barbara Knowles博士观察到缺乏TRIM28的卵子受精形成的胚胎均无法存活。胚胎在发育的各个阶段发生死亡,并存在各种不同的发育缺陷。鉴于大多数因为单基因缺乏而导致的遗传疾病在每个受累个体中都有着一贯相似的缺陷,而在遗传一致的母源TRIM28缺陷小鼠中却观察到了高度不同的异常情况,这无疑是非常特殊的。

为了进一步阐明这些研究结果以及TRIM28在核重编程过程中的作用,文章的作者Daniel Messerschmid博士和新加坡临床科学研究所的客座教授Anne Ferguson-Smith博士一起展开了合作。他们对一组已知的重要发育印记基因的表达水平和表观遗传学状态进行了综合研究。利用高的基因芯片分析和先进的生物化学技术,他们发现TRIM28蛋白的存在不仅对这一关键时期至关重要,新形成胚胎TRIM28表达时机和表达量对于后期发育阶段这些印记基因的表达也具有极大的影响。

30年前,任职美国宾夕法尼亚大学威斯达研究所(Wistar Institute)的Davor Solter和剑桥大学的Azim Surani首次描述了基因组印记。近期,Solter博士提出核重编程与遗传印记间的相互作用可以通过一个简单的比喻来解释:学校的老师在黑板上写下一长串的公式,在课结束之时他标记出要保存的部分已备第二天讲课之用(这些就是印记标记),并要求清洁女工将剩余的擦除(她所做的就是重编程)。

Solter说:“在很长一段时间里,我们并不清楚一些公式为什么能逃避擦除。通过这项研究,这个谜底终于被揭开了!我们现在知道是TRIM28指示‘清洁女工’保留了部分的公式。”

Azim Surani博士(未参与该研究)说:“这一关于TRIM28的研究为我们提供了关于卵子中的母源因子如何确保在胚胎中发挥关键作用的表观遗传学忠实遗传的重要机制理解。这些研究结果不仅与治疗人类不孕广泛实行的体外受精有关,更加适用于阐明发育和疾病中的表观遗传学机制的重要性。”

文章的作者Barbara Knowles说:“卵子中缺乏TRIM28可用于解释为什么一些妇女遭受多次妊娠失败,胚胎在不同的时间点死亡,表现多种不同的异常情况。”

新加坡医学生物研究所执行主任Birgitte Lane说:“了解不同的表观遗传学修饰的作用对于研究人类疾病和发育非常重要。这一研究揭示了核编程必需的一个关键因子。这一机制对于用患者特异性细胞治疗疾病具有影响深远的临床意义。”(来源:生物通 何嫱)

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