综述:哺乳动物早期胚胎发生中的表观基因组动态

《Nature Reviews Genetics》:Epigenome dynamics in early mammalian embryogenesis

【字体: 时间:2025年04月04日 来源:Nature Reviews Genetics

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  这篇综述聚焦哺乳动物早期胚胎发育,阐述了受精卵(zygote)全能性转变为多能性的过程,伴随着细胞核大规模变化,包括转录、表观遗传(epigenetic)和染色质重塑等。新研究深入揭示了着床前发育关键时期的表观遗传重编程和染色质动态,值得关注。

  ### 哺乳动物早期胚胎发育中的重要转变
在哺乳动物早期胚胎发育过程中,存在着一个关键的转变,即受精卵(zygote)的全能性变化。受精卵是由已分化的配子重新编程而来,其具有发育成完整个体的全能性。随着胚胎发育的推进,到囊胚阶段时,细胞的全能性转变为多能性,这一过程与第一次细胞命运决定同步发生。

伴随的细胞核变化


在细胞全能性向多能性转变的同时,细胞核发生了大规模的改变。这些变化涵盖了多个重要方面,其中包括主要的转录(transcription)变化。转录过程在胚胎发育中起着核心作用,它决定了哪些基因会被表达,进而影响细胞的功能和命运。同时,表观遗传(epigenetic)修饰也发生了显著改变。表观遗传修饰并不改变 DNA 序列本身,但却能影响基因的表达,比如 DNA 甲基化、组蛋白修饰等,这些修饰的动态变化对胚胎发育进程的调控至关重要。此外,染色质的结构(architectural)也经历了重塑,染色质的三维结构改变影响着基因的可及性和转录活性。另外,DNA 复制程序(DNA replication programme)也在这一时期建立起来,为细胞的分裂和胚胎的生长提供了基础。

研究技术的进步


过去,由于研究材料获取困难以及技术限制,对哺乳动物早期胚胎发育过程的研究受到很大制约。然而,如今低样本量基因组学技术和专门针对着床前胚胎的功能缺失研究方法取得了显著进展。低样本量基因组学技术使得在仅获取极少量胚胎细胞样本的情况下,就能对基因组进行深入分析,了解基因表达和表观遗传修饰的变化。而针对着床前胚胎的功能缺失研究方法,则可以通过干扰或敲除特定基因,研究其在胚胎发育过程中的功能。这些技术的进步使得人们能够以前所未有的分子细节水平,在体内对上述胚胎发育过程进行研究。

研究成果与意义


借助这些先进的研究技术,科学家们对哺乳动物着床前发育这一基础时期的表观遗传重编程(epigenetic reprogramming)和染色质动态(chromatin dynamics)有了全新的认识。通过全基因组范围的研究,揭示了表观遗传重编程的景观,明确了哪些基因的表观遗传修饰在胚胎发育过程中发生了改变,以及这些改变如何影响细胞的命运和胚胎的正常发育。对染色质动态变化的研究,也让人们更加深入地理解了染色质结构与基因表达之间的关系。这些研究成果不仅为我们揭示了哺乳动物早期胚胎发育的奥秘,也为生殖医学、再生医学等领域的发展提供了重要的理论基础,有助于解决不孕不育、胚胎发育异常等相关健康医学问题,推动生命科学领域的进一步发展。

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