《细胞》重磅！中国科学家解读指挥人类胚胎基因表达“编程语言”，揭开人类胚胎发育激活机制
先达基因 / 2018-04-19
《细胞》重磅！中国科学家解读指挥人类胚胎基因表达“编程语言”，揭开人类胚胎发育激活机制
原创 2018-03-09 Reggie 测序中国
由左至右分别为刘江、陈子江、刘见桥
人类的生命从受精卵开始，一个受精卵如何发育成含有36个重要器官的复杂有机体，是生命科学最大的难题之一。日前，中科院北京基因组研究所刘江团队与山东大学附属生殖医院陈子江团队、广州医科大学刘见桥团队共同合作，在国际上首次研究了人类胚胎基因组的激活机制，揭示了人类胚胎进行有序基因表达、发育进化的奥秘。相关研究成果于3月9日发表于著名国际期刊《细胞》，论文题为“Chromatin Accessibility Landscape in Human Early Embryos and Its Association with Evolution”。
刘江研究员表示：“人受精之后大约有两天的时间非常特殊，这段时期的细胞和人类其他时期所有细胞都有巨大差异，这段时间的胚胎几乎没有基因表达。如何让人的基因开始表达，哪些基因会先表达、哪些基因后表达，一直以来都是研究的难点。”此前研究表明，发育的进行需要基因按照设定的程序，在特定的时间和特定的地点有序地表达，而基因表达错误则会导致新生儿的畸形和发育缺陷。因此，了解人类基因表达对预防出生缺陷、保证人口健康有着重要的意义。
在这项最新研究中，研究团队克服了研究资料缺乏的难题，建立了微量细胞的研究方法。通过DNA酶I超敏位点（DHS，DNase I hypersensitive site）测序技术，研究团队在国际上首次研究了人类细胞基因组的激活机制，报道了人类早期胚胎发育过程中染色质开放性逐步建立的过程，找到了启动人类基因组表达的关键分子。研究发现，细胞设定程序会让老基因的调控开关最先被打开，所以在进化历史中，最先出现的基因会先表达，而最后出现的基因往往会后表达。还特别指出，人类胚胎合子基因组激活（zygotic genome activation，ZGA）过程中转录因子OCT4是必须的而小鼠中则是非必需。
此外，该研究还从发育进化的角度来理解人类早期胚胎发育中基因和转座子的表达调控，具有重要的意义。研究发现，人类活性转座子SVA和HERV-K含有DHS，并且只在早期胚胎中高度表达，其产生的基因突变能够更有效地传递到后代中，从而引起人类的进化，揭示了人类进化的一个重要新机制。可以说，这一成果不仅打开了人类认识基因表达的大门，还将为人类的优生优育提供重要的理论基础。
研究亮点
1. DHS场景（DHS landscape）是在人类胚胎发育过程中逐渐建立起来的；
2. OCT4对人类的合子基因组激活起作用，但在小鼠中没有；
3. 较年轻的基因在后期建立DHS，而较老的基因则相反；
4. 人类转座子SVA/HERVK含有DHSS并在胚胎中特异表达
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