北京時間12月5日凌晨，中國科學(xué)院北京基因組研究所劉江團隊與山東大學(xué)附屬生殖醫(yī)院陳子江團隊在國際頂級學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）合作發(fā)文“Key role for CTCF in establishing chromatin structure in human embryos”，對精子及人類早期胚胎發(fā)育過程中的染色體結(jié)構(gòu)動態(tài)變化情況進行了描繪。中國科學(xué)院北京基因組研究所官網(wǎng)對此科研成果進行了報道。

生命如何孕育而來？顯然，人類個體發(fā)育從精卵結(jié)合形成受精卵開始，經(jīng)歷早期胚胎發(fā)育過程，由一個細胞逐漸分裂分化形成一個含有上百種細胞類型、多種器官的復(fù)雜有機體。

論文提到，染色體三維結(jié)構(gòu)是重要的表觀遺傳因素，在基因的表達調(diào)控中扮演重要角色。研究染色體三維結(jié)構(gòu)在人類精子及早期胚胎中的動態(tài)變化和調(diào)控分子對于深入理解人類胚胎發(fā)育有重要的理論和臨床意義。

然而，人類精子和卵子受精后，細胞核中的染色體結(jié)構(gòu)如何變化，哪些生物學(xué)分子會影響胚胎中的染色體結(jié)構(gòu)變化，一直以來是未被解決的科學(xué)問題。此外，精子在形態(tài)和功能上與其他終末分化的細胞也截然不同，染色體在人類精子中如何壓縮折疊還并不清楚。

通常情況下，基因組的三維結(jié)構(gòu)是由拓撲相關(guān)結(jié)構(gòu)域（TAD）基本單元構(gòu)成。這項研究結(jié)果則顯示，在成熟的人類精子中沒有TAD結(jié)構(gòu)，并且沒有檢測到染色質(zhì)調(diào)節(jié)蛋白CTCF。這與在小鼠精子中的情況完全不同。

研究進一步顯示，受精后，胚胎中TAD結(jié)構(gòu)非常模糊，在后續(xù)的胚胎發(fā)育中染色體逐漸建立清晰的TAD結(jié)構(gòu)。研究還發(fā)現(xiàn)，A/B區(qū)室結(jié)構(gòu)在人的2細胞期胚胎中消失，然后在后續(xù)發(fā)育中重新建立。

值得注意的是，不同于小鼠胚胎和果蠅胚胎，在人類早期胚胎中阻斷合子基因組激活（ZGA）可以抑制TAD結(jié)構(gòu)的建立。進一步分析發(fā)現(xiàn)，CTCF蛋白在合子基因組激活之前表達量非常有限，在TAD結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的合子基因組激活時期，CTCF蛋白表達量則會迅速上升。

研究團隊在胚胎中敲低CTCF蛋白，發(fā)現(xiàn)可以導(dǎo)致TAD結(jié)構(gòu)顯著變?nèi)?。這表明，在合子基因組激活時，CTCF蛋白的表達對于人類早期胚胎的TAD結(jié)構(gòu)建立至關(guān)重要。

論文提到，該研究首次揭示了人類早期胚胎中的染色體三維結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化，并發(fā)現(xiàn)CTCF蛋白對于早期胚胎發(fā)育中TAD結(jié)構(gòu)的重要調(diào)控功能，為進一步揭示人類胚胎發(fā)育機制提供了理論基礎(chǔ)。

“該研究讓我們深入了解人類精子和早期胚胎染色體結(jié)構(gòu)的獨特性，對改善試管嬰兒技術(shù)、促進優(yōu)生提供理論的基礎(chǔ)?！眲⒔谝欢沃v解視頻中表示。