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?“我们从哪里来,要到哪里去?”

这是一个非常深奥的问题,科学家们一直在关注并做了大量的工作。近几年来,胚胎早期发育成为了研究热点。科学家们试图从科学角度,合理地去解析生命发育的过程。

最近,北京基因组研究所刘江研究组和上海科技大学黄行许研究组在cell(《细胞》)杂志上发表了重要研究成果,为我们上演了一场哺乳动物早期胚胎细胞中“变形金刚”的巨型演出:

想必你一定疑惑“变形金刚”是何方神圣吧!小编所指的这个“变形金刚”其实是细胞内赫赫有名的染色质。它是细胞内遗传物质的主要载体,是指细胞分裂间期细胞核内由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量RNA组成的线性复合结构,是间期细胞遗传物质存在的形式。在小鼠的细胞中,近两米长的DNA分子需要折叠到一个近10微米的细胞核内,而且从上世纪50、60年代开始到现在,通过显微观察等手段,越来越多的证据表明折叠不是随机的,是具有规律性的。染色质就像是一种承载着遗传物质的“小轿车”,而这辆小轿车在早期胚胎发育过程中可是会有规律地“变形”的,即“染色质重塑”。它也是表观遗传学的一部分,在许多生物学过程中扮演着重要角色,比如基因的转录调控、DNA复制、基因组稳定性等。

在这项研究当中,科学家们使用可以看到染色体3D结构的Hi-C技术,发现染色质的这种“变形”行为(3D高级结构的产生)是在受精之后随着受精卵的发育,从2-细胞期之后逐渐产生的澳门贵宾会,这种行为与2-细胞期的DNA的复制相关。科学家们还发现,甲基化的动态变化也与染色质3D构象变化有关。

那么,在胚胎早期发育过程中,染色质为什么这么活泼呢?

在生命的伊始,成熟的精子和卵子的细胞核都处于高度压缩状态,它们抱团在一起。所以,在精卵结合后,这些抱着团的染色体如何舒展开来,“小轿车”如何变身“敞篷车”,成为了一个非常重要的科学问题。

说起变身,绝对少不了TAD结构。TAD(Dixon et.al, 2012)结构是染色体空间构象存在一个重要的基本结构单元,是“变形金刚”的一种重要元件。在本项研究中发现,这种重要的结构在早期胚胎发育的形成是依赖于DNA复制的。从受精到2细胞时期,染色质还是比较稳重的,没有要变形的欲望,也没啥空间构象,直到2细胞后期这种空间构象才逐步建立起来。另外,甲基化这种常见的表观修饰也会对其构象造成一定的影响,想象一下变形金刚的零件多了个“螺丝帽”,当然会直接影响变形后的形状啦~

早期胚胎发育过程,图片来源于网络

这项基于3D基因组技术的研究让我们更真实地感受到了胚胎发育的神奇过程,它不仅提供了哺乳动物胚胎发育过程中高分辨率的3D图谱,而且解析了胚胎发育早期染色体高级结构的变化特征,为3D基因组和精卵发育研究打开了一扇新的大门。

哺乳动物染色体3D结构从配子到胚胎发育过程中的全基因组重编程变化

其实,人体内部染色质的构造远远要比变形金刚复杂得多,不是一句简简单单的“汽车人,变形”就可以囊括的。要回答“我们从哪里来”这么复杂而深奥的问题,这仅仅是一小步,正所谓,不积跬步无以至千里嘛!不过,这项研究为人类从染色体高级结构方面深度解析遗传物质迈出了重要的一步。

同学们,不要再吵着妈妈给你买机器人啦,快去跟科学家学习一下观察我们身体内部的变形金刚吧!

来源:中国科学院北京基因组研究所

本文来自大风号,仅代表大风号自媒体观点。

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