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北京基因組所揭示哺乳動物染色體3D結(jié)構(gòu)

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北京基因組所揭示哺乳動物染色體3D結(jié)構(gòu)

摘要: 　　人類DNA如果拉成一條直線，長度大約是2米，但一般的細胞核的直徑卻僅有5～10微米左右。因此，基因組DNA如何合理折疊存放到細胞核內(nèi)，是一個非常重要的科學(xué)問題�，F(xiàn)有學(xué)習表明，基因組DNA的三維空間折疊對細胞核 ...

　　人類DNA如果拉成一條直線，長度大約是2米，但一般的細胞核的直徑卻僅有5～10微米左右。因此，基因組DNA如何合理折疊存放到細胞核內(nèi)，是一個非常重要的科學(xué)問題�，F(xiàn)有學(xué)習表明，基因組DNA的三維空間折疊對細胞核如何指揮細胞功能的發(fā)揮起著非常重要的作用。對于大多數(shù)動物包括人類而言，生命起始于精子和卵子的結(jié)合。然而，精子的細胞核、卵子的細胞核結(jié)構(gòu)卻和我們身體中其它的體細胞存在非常大的差別。精子細胞核非常小、只有普通細胞核的1/10左右，染色體被精蛋白包裝，處于一種高度壓縮的狀態(tài)；而成熟卵子的細胞核卻處于分裂中期，染色體也處于一種高度壓縮的狀態(tài)，與多數(shù)細胞仍然具有非常大的差別。因此，精子和卵子結(jié)合后，細胞核中的染色體如何變化，如何變成正常的細胞染色體，是一直未被了解的科學(xué)問題。同時，了解哺乳動物發(fā)育過程中染色體高級結(jié)構(gòu)的變化，有利于理解人是如何從受精卵發(fā)育成個體的。
　　近日，中國科學(xué)院北京基因組學(xué)習所劉江學(xué)習組和上海科技大學(xué)黃行許學(xué)習組合作，對上述問題進行了學(xué)習，揭示了哺乳動物成熟精子和卵子的染色體3D結(jié)構(gòu)以及在早期胚胎發(fā)育過程中染色體結(jié)構(gòu)的重編程變化。
　　哺乳動物配子和早期胚胎的數(shù)量非常有限，學(xué)習團隊解決了使用少量細胞建立3D染色體結(jié)構(gòu)圖譜的難題，從而獲得小鼠精子、卵子和早期胚胎的高分辨率染色體高級結(jié)構(gòu)圖譜。學(xué)習結(jié)果顯示，成熟的卵子沒有拓撲結(jié)構(gòu)域(TADs)，而在精子中普遍存在超遠程染色體的相互作用。學(xué)習發(fā)現(xiàn)，受精卵和2細胞時期胚胎中染色體高級結(jié)構(gòu)幾乎不存在，隨著發(fā)育的進行，染色體高級結(jié)構(gòu)逐漸建立起來。學(xué)習還發(fā)現(xiàn)染色體高級結(jié)構(gòu)的建立不依賴于受精卵基因組轉(zhuǎn)錄的激活，而是依賴于基因組的復(fù)制。此外，該學(xué)習首次發(fā)現(xiàn)染色體的高級結(jié)構(gòu)與DNA甲基化的關(guān)聯(lián)，并且發(fā)現(xiàn)早期發(fā)育的DNA去甲基化也與染色體的高級結(jié)構(gòu)相關(guān)。
　　該學(xué)習為深入了解哺乳動物如何從受精卵發(fā)育成一個多功能的個體打下了重要基礎(chǔ)，為科學(xué)家認識早期胚胎中真實的3D基因組結(jié)構(gòu)做了良好鋪墊，哺乳細胞早期胚胎發(fā)育高分辨率染色體高級結(jié)構(gòu)圖譜數(shù)據(jù)將為表觀遺傳、生物信息學(xué)習領(lǐng)域提供寶貴的資源，幫助揭示胚胎發(fā)育的奧秘。
　　相關(guān)成果于7月13日發(fā)表在國際期刊細胞（Cell）上。該學(xué)習獲得中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項、國家自然科學(xué)基金委和科技部國家重點研發(fā)項目的支持。北京基因組所揭示哺乳動物染色體3D結(jié)構(gòu)  |  責任編輯：蟲子
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