真核基因表達調(diào)控

TheTranscriptomeandDNAMethylomeLandscapesofHumanPrimordialGermCells人類原始生殖細胞的轉(zhuǎn)錄組和DNA甲基化組概觀研究目的深入研究人類多個發(fā)育階段原始生殖細胞（PGC）的轉(zhuǎn)錄組和DNA甲基化組，以及蛋白質(zhì)共價修飾，發(fā)現(xiàn)人類原始生殖細胞不同于小鼠原始生殖細胞的關(guān)鍵獨特特征。

研究背景基因組DNA甲基化作為一種重要的表觀遺傳修飾方式，是調(diào)控細胞分化發(fā)育過程中基因表達的主要機制之一，它并不改變基因序列，但是可以遺傳給后代，容易受外界環(huán)境的影響而發(fā)生改變，在胚胎發(fā)育、干細胞分化、癌癥發(fā)生等方面發(fā)揮著重要的作用。人類胚胎在發(fā)育過程中有兩輪大規(guī)模的DNA甲基化組重編程發(fā)生。第一輪發(fā)生在受精后的植入前胚胎中，第二輪發(fā)生在植入后的生殖細胞中。2014年，團隊采用高靈敏度的DNA甲基化組高通量測序技術(shù)，首先對人類植入前胚胎的DNA甲基化圖譜進行了單堿基分辨率的、全基因組測序分析，發(fā)現(xiàn)人類精卵結(jié)合后，早期胚胎的基因組DNA發(fā)生大規(guī)模的去甲基化，甲基化程度從精子中的86%（中位數(shù)）降低到囊胚期胚胎中的43%，而在這一過程中印記基因控制區(qū)域的DNA甲基化得以精確的維持。在植入后的胚胎中，基因組DNA被大規(guī)模重新甲基化，DNA甲基化水平增加到92%。該項研究還發(fā)現(xiàn)了DNA甲基化組重編程對于基因表達網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵調(diào)控特征。在此基礎(chǔ)上，該研究團隊對人類胚胎中第二輪DNA甲基化組重編程過程及其對基因表達網(wǎng)絡(luò)的調(diào)控關(guān)系進行了深入、全面的分析。在正常情況下，一個植入后胚胎內(nèi)大部分組織器官的基因組DNA加上甲基化標(biāo)記后就基本維持穩(wěn)定、不再擦去，而含有要傳遞給后代遺傳信息的原始生殖細胞則要經(jīng)歷大規(guī)模的DNA甲基化擦除和重建的過程。

利用精細的流式細胞分選技術(shù)對于不同發(fā)育階段以及不同性別的人類原始生殖細胞進行了分選、收集，再結(jié)合單細胞轉(zhuǎn)錄組高通量測序、微量細胞DNA甲基化組高通量測序、微量細胞DNA羥甲基化組高通量測序等技術(shù)、以及細胞免疫熒光技術(shù)，對人類原始生殖細胞的轉(zhuǎn)錄組、DNA甲基化組、以及組蛋白共價修飾等關(guān)鍵特征進行了深入的分析原生殖細胞的轉(zhuǎn)錄描述原生殖細胞的轉(zhuǎn)錄描述在7周和19周的通過FACS(流式細胞儀)得到KIT（一種原癌基因）基因表達活性高的原生殖細胞和對應(yīng)的性腺體細胞，通過研究它們的RNA序列并進行對比，發(fā)現(xiàn)原生殖細胞RNA的轉(zhuǎn)錄量遠遠高與性腺體細胞總的來說從不同時期的不同個體中得到了233個原生殖細胞和80個性腺體細胞和11個胚囊內(nèi)細胞，將他們放在一起發(fā)現(xiàn)。。。4周到11周的原殖細胞會混合在一起，但是會很明顯的和性腺體細胞分開。17周大的雌性原生殖細胞和19周大的雄性原殖細胞會脫離原殖細胞群。然而四周大的胚囊內(nèi)細胞還是可以和這兩種細胞混在一起，猜測這種細胞有可能是造血干細胞的前體。圖中PC1表示有絲分裂和減速分裂的差異，4-11周的原殖細胞和胚囊內(nèi)細胞細胞混在一起，但是17周的雌原殖細胞和19周的雄原殖細胞有了不均勻的分散，表明開始進行減速分裂，而且雌原殖細胞比雄原殖細胞的分散更不均勻，說明減速分裂比有絲分裂更具有不均一性。人類的原殖細胞并沒有和小鼠相似的SOX2蛋白這一點在基因的表達量上可以證明：通過基因在不同時期不同細胞的表達量的不同可以發(fā)現(xiàn)基因在不同階段的特異性表達。通過發(fā)現(xiàn)有的性腺體細胞表達與卵丘細胞和支持細胞形成有關(guān)的WT1基因推斷這些性腺體細胞會發(fā)展為卵丘細胞和支持細胞，但是發(fā)現(xiàn)這些細胞表達某些原癌基因，推斷這些細胞包含了不同種類的子細胞群。接下來研究了和細胞多能性有關(guān)基因在原生殖細胞中的表達，發(fā)現(xiàn)從4周到19周原殖細胞在的多能性有關(guān)基因的表達量在下降，與此相反，17周以后的雌原殖細胞的減速分裂有關(guān)基因的表達量有了很明顯的增加，表明17周的雌原殖細胞已經(jīng)進入減速分裂。原殖細胞在胚胎表達中的不均一性為了從同一個胚胎中分析原殖細胞的不均一，通過分析多個原殖細胞基因轉(zhuǎn)錄的平均值，再把單個細胞和這個平均值進行比較，發(fā)現(xiàn)某些基因的表達具有明顯的不均一性。原殖細胞激活X染色體通過研究X染色體的表達量發(fā)現(xiàn)X染色體在雌性原殖細胞第四周就已經(jīng)開始被激活。此外，通過研究X染色體的等位基因發(fā)現(xiàn)一些基因在性腺體細胞中只表達了等位基因中的其中一個，而在雌原殖細胞中卻表達了一對等位基因GlobleDemethylationPatternDynamicMethylomeAnalysisofHumanPGCsRevealedaGlobleDNAHypomethylationPatternMajordemethylationbefore7weekslowestWGBS：

全基因組重亞硫酸鹽測序AweekearlierRemet.after19weeksRemet.after17weeksDynamicMethylomeAnalysisofHumanPGCsRevealedaGlobleDNAHypomethylationPatternSlightlyhigherofmethylationDynamicMethylomeAnalysisofHumanPGCsRevealedaGlobleDNAHypomethylationPatternDifferencebetweenDNAmethylationDynamicMethylomeAnalysisofHumanPGCsRevealedaGlobleDNAHypomethylationPatternMarginallevelDynamicMethylomeAnalysisofHumanPGCsRevealedaGlobleDNAHypomethylationPatternDemethylationthroughoxidationto5hmCTheMethylationDynamicsofImprintingGenesandGermline-SpercificGenesinHumanPGCsRe-establishmentofimprintingafterthatTheMethylationofFunctionalGenomicElementsinHumanPGCsAvoidingtransmissionoftheseepigeneticmemoriestolatergermcellsandnextgenerationindividualsTheMethylationofFunctionalGenomicElementsinHumanPGCsStill36.5%Basi