NCB：张勇 / 高绍荣 / 刘文强合作揭示小鼠早期胚胎发育中潜在的印记控制区域
在哺乳动物发育过程中，DNA 甲基化、组蛋白修饰等表观遗传修饰，在父母源基因组经历了不同模式的重编程。一些亲本间差异的表观遗传修饰能够逃脱早期胚胎发育过程的重编程，其中最典型的是印记控制区域（imprinting control regions, ICRs）。ICR 在胚胎发育过程中发挥重要作用，其表观遗传修饰的异常会导致胚胎发育的异常。目前在小鼠中仅发现 21 个 ICR，识别新的亲本表观遗传特异的功能性区域面临如下挑战：依赖于品系间单核苷酸多态性（SNP）识别亲本间表观遗传异质性的识别方法分辨率低且假阳性率高，并且难以预测特定基因组区域是否具有等位基因特异性的调控功能。
2022 年 4 月 28 日，同济大学生命科学与技术学院张勇教授与高绍荣教授课题组合作在 Nature Cell Biology 在线发表了题为 Allele-specific H3K9me3 and DNA methylation co-marked CpG-rich regions serve as potential imprinting control regions in pre-implantation embryo 的研究论文，报道了小鼠植入前胚胎发育过程中 DNA 甲基化的维持需要 H3K9me3，并在 H3K9me3 和 DNA 甲基化共同标记的 CpG 富集区域鉴定出 22 个潜在的印记控制区域。
高绍荣/张勇近年来合作揭示了小鼠早期胚胎发育过程中 H3K4me3、H3K27me3、H3K9me3 及核小体定位的建立过程及规律【1-3】。通过对已发表数据的重新分析，研究人员发现了小鼠植入前胚胎中 DNA 甲基化和 H3K9me3 在 CpG 富集区域呈高度正相关，而且 H3K9me3 修饰有助于这些区域逃脱 DNA 去甲基化。研究人员开发了计算生物学工具 PCAR 去识别共同标记 H3K9me3 和 DNA 甲基化的 CpG 富集区域（CHM），并发现 CHM 是小鼠植入前胚胎中 DNA 甲基化维持的热点区域。
为了高分辨率地探究亲本间 CHMs 的差异，研究人员在孤雌、孤雄胚胎中产生了单亲本的 H3K9me3 和 DNA 甲基化数据，鉴定出 1,279 个亲本特异性 CHM（asCHM），其中包括 19 个已知的 ICR。与 ICR 类似，asCHM 中近一半从配子中继承亲本特异的表观遗传信息；与 ICR 不同，大部分 asCHM 在胚胎植入后丢失表观遗传亲本特异性。研究人员通过共注射编码 H3K9me3 去甲基化酶的 Kdm4b 及靶向 H3K9me3 甲基转移酶基因 Suv39 h1/2 和 Setdb1 的 siRNAs 敲降 H3K9me3，证实了降低 H3K9me3 水平减弱了 asCHM 的亲本间 DNA 甲基化水平的不平衡。
进一步，研究人员建立了亲本特异性调控功能的预测体系，从 asCHM 中鉴定出 22 个与类似 ICR 的区域（ICRLR）。研究人员选择了 5 个长度较短的 ICRLR 进行功能验证，发现这些 ICRLR 的敲除造成了囊胚发育迟缓，同时它们潜在靶基因的亲本特异性表达丢失，其中 mCHM_177 敲除后的表型尤其明显。研究人员发现父源特异性 mCHM_177 的敲除严重影响胚胎发育，而母源特异性敲除几乎没有影响。mCHM_177 的潜在靶基因 Brd2 的亲本特异性敲除也产生类似的表型，表明 mCHM_177 的作用机制与已知的母源特异性 ICR 类似，可以通过控制周围基因的亲本特异性表达影响胚胎发育。该研究揭示了在植入前胚胎发育过程中存在的亲本特异性 CHM 具有重要生物学功能，并且拓展了哺乳动物早期胚胎发育过程中亲本特异性调控的范围。![]()
