我国科学家揭示人类早期胚胎发育中的组蛋白修饰重编程

　　在真核生物中，组蛋白与带负电荷的双螺旋DNA组装成核小体。因氨基酸成分和分子量不同，组蛋白主要分成5类：H1，H2A，H2B，H3和H4。除H1外，其他4种组蛋白均分别以二聚体形式相结合，形成核小体核心。DNA便缠绕在核小体的核心上。而H1则与核小体间的DNA结合。

　　组蛋白修饰（histone modification）是指组蛋白在相关酶作用下发生甲基化、乙酰化、磷酸化、腺苷酸化、泛素化、ADP核糖基化等修饰的过程。

　　组蛋白上发生甲基化的位点是赖氨酸和精氨酸。赖氨酸能够分别发生一、二、三甲基化，精氨酸只能发生一、二甲基化。在组蛋白H3上，共有5个赖氨酸位点可以发生甲基化修饰。一般来说，组蛋白H3K4的甲基化主要聚集在活跃转录的启动子区域。组蛋白H3K9的甲基化与基因的转录抑制及异染色质有关。H3K27甲基化可导致相关基因的沉默，并且与X染色体失活相关。H3K36的甲基化与基因转录激活相关。

　　组蛋白修饰调节基因表达和发育。在一项新的研究中，为了解决在人类早期发育中组蛋白修饰如何发生重编程，中国清华大学生命科学学院的颉伟（Wei Xie）课题组、郑州大学第一附属医院的孙莹璞（Ying-Pu Sun）课题组和徐家伟（Jiawei Xu）课题组研究了人卵母细胞和早期胚胎中的关键组蛋白标记。相关研究结果于2019年7月4日在线发表于Science，论文标题为“Resetting histone modifications during human parental-to-zygotic transition”。

图片来自Science, 2019, doi:10.1126/science.aaw5118

　　在小鼠卵母细胞中，H3K4me3与H3K27me3都表现出与体细胞不同的非经典分布规律。与小鼠中不同的是，允许性标记H3K4me3在人卵母细胞的启动子中主要表现出经典的分布模式。在受精后，合子基因组激活（zygotic genome activation, ZGA）前的胚胎在富含CpG的调节区域中获得可访问性的染色质和广泛的H3K4me3。相比之下，抑制性标记H3K27me3经历全局性消除。随后，一旦合子基因组激活，富含CpG的调节区域转变为活性或抑制状态，随后在发育基因上恢复H3K27me3。

　　最后，通过结合染色质和转录组图谱，这些研究人员揭示出早期谱系特化期间的转录程序和不对称的H3K27me3分布模式。

　　总的来说，这些数据揭示出一种预备性阶段（priming phase）与人类亲本-合子转变表观遗传转变（parental-to-zygotic epigenetic transition）关联在一起。

　　参考资料：

　　Weikun Xia et al. Resetting histone modifications during human parental-to-zygotic transition. Science, 2019, doi:10.1126/science.aaw5118.