柏林馬克斯·普朗克分子遺傳學(xué)研究所的一個研究小組探討了在胚胎發(fā)育中的作用，這些因素不會改變DNA的序列，而只是表觀基因地改變其"包裝"。在科學(xué)雜志《自然》上，他們描述了調(diào)控機(jī)制如何有助于在早期小鼠胚胎中形成不同的組織和器官。
受精卵
細(xì)胞發(fā)展成一個完整的有機(jī)體，具有許多不同的組織和器官，盡管每個細(xì)胞的遺傳信息完全相同。分子的復(fù)雜時鐘工作調(diào)節(jié)體內(nèi)哪個細(xì)胞完成每項(xiàng)任務(wù)，并確定激活每個基因的適當(dāng)時間和地點(diǎn)。
表觀遺傳調(diào)節(jié)因子是這種分子機(jī)制的一部分，它的作用是修改DNA分子的"包裝"，而不改變潛在的遺傳信息。具體來說，它們?yōu)镈NA添加書簽，并控制每個細(xì)胞中可以訪問哪些部分。
這些調(diào)節(jié)器中大多數(shù)是必不可少的，而缺乏這些調(diào)節(jié)器的胚胎往往在發(fā)育過程中死亡，當(dāng)器官開始出現(xiàn)。然而，這些調(diào)節(jié)器可能具有每個細(xì)胞中不同的特定功能，因此難以研究。這也是研究這些
蛋白質(zhì)的主要障礙，這些蛋白質(zhì)不僅與胚胎發(fā)育有關(guān)，而且與癌癥的形成有關(guān)。
詳細(xì)檢查胚胎"同一調(diào)節(jié)器存在于所有細(xì)胞中，但可以有非常不同的任務(wù)，這取決于細(xì)胞類型和發(fā)育時間，"斯特凡妮·格羅斯溫特說，他是科學(xué)雜志《自然》新研究的首批作者。
格羅斯文特和她的同事海倫·克雷茨默來自柏林馬克斯·普朗克分子遺傳學(xué)研究所(MPIMG)的亞歷山大·梅斯納實(shí)驗(yàn)室，與來自哈佛大學(xué)的扎卡里·史密斯一起，現(xiàn)在以前所未有的精-確度成功地闡明了表觀遺傳調(diào)節(jié)器對胚胎發(fā)育的意義。
研究人員分析了十種*重要的表觀遺傳調(diào)節(jié)器。他們首先使用CRISPR-Cas9系統(tǒng)，專門移除受精卵母細(xì)胞調(diào)控因子的基因編碼，然后在幾天后觀察對胚胎發(fā)育的影響。胚胎發(fā)育約六到九天后，研究小組檢查了由于缺乏相關(guān)調(diào)節(jié)器而導(dǎo)致的解剖和分子變化。他們發(fā)現(xiàn)許多胚胎的細(xì)胞組成發(fā)生了重大變化。某些類型的細(xì)胞存在數(shù)量過多，而其他細(xì)胞則沒有產(chǎn)生。
分析數(shù)千個單個細(xì)胞為了在分子水平上理解這些變化，研究人員檢查了來自胚胎的數(shù)百到數(shù)千個單個細(xì)胞，從這些細(xì)胞中系統(tǒng)地移除了單個表觀遺傳調(diào)節(jié)器。
他們對近280，000個單個細(xì)胞的RNA分子進(jìn)行測序，以調(diào)查功能喪失的后果。RNA中繼編碼在DNA上的信息，使研究人員能夠利用測序技術(shù)了解細(xì)胞的身份和行為。
在他們的分析中，科學(xué)家們專注于一個發(fā)展階段，其中表觀遺傳調(diào)節(jié)器特別重要。當(dāng)他們比較改變和未改變的胚胎的數(shù)據(jù)時，他們發(fā)現(xiàn)了被調(diào)節(jié)不良的基因，以及異常過度或過度生產(chǎn)的基因類型。從這個整體圖中，他們推導(dǎo)出了許多表觀遺傳調(diào)節(jié)器以前未知的功能。
發(fā)育過程中的復(fù)雜效果 八天大的老鼠胚胎看起來有點(diǎn)像海馬，還沒有任何器官。
"從早期胚胎的外表，人們通常只能猜測哪些結(jié)構(gòu)和器官將形成，哪些不會形成，"生物信息學(xué)家海倫·克雷茨默和生物學(xué)家扎卡里·史密斯說，他們也是該出版物的第1作者。"我們的測序允許geng精-確和高分辨率的視圖。
單細(xì)胞分析給了他們一個高度詳細(xì)的視圖，在鼠標(biāo)開發(fā)的第九天。通常，關(guān)閉單個調(diào)節(jié)器導(dǎo)致整個相互作用基因網(wǎng)絡(luò)的連鎖反應(yīng)，在發(fā)育過程中，許多不同活性或滅活基因。去除表觀遺傳調(diào)節(jié)器 Polycomb (PRC2) 的影響尤其顯著。"沒有 PRC2，胚胎看起來蛋形和非常小后，8天半，這是非常不尋常的，"克雷茨默說。"我們看到DNA的包裝方式發(fā)生了巨大的變化，這種變化發(fā)生在胚胎出現(xiàn)形態(tài)異常之前。
研究人員發(fā)現(xiàn)，PRC2負(fù)責(zé)限制生殖系祖細(xì)胞的數(shù)量，這些細(xì)胞后來成為精子和卵子。如果沒有 PRC2，胚胎就會產(chǎn)生過多的這些細(xì)胞，失去形狀，并在很短的時間后死亡。
客服一
