国家干细胞转化资源库揭示H3K9me3修饰在重编程过程中的异常及调控机制
作者:国家干细胞转化资源库
发布日期:2023-09-25
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202389日,国家干细胞转化资源库高绍荣/刘晓雨/李翀团队与江赐忠团队合作在Nature Communications杂志上在线发表题为“Unreprogrammed H3K9me3 prevents minor zygotic genome activation and lineage commitment in SCNT embryos”的研究论文。该研究首次描绘了小鼠克隆胚胎着床前发育过程中各阶段的H3K9me3修饰图谱,系统地揭示了H3K9me3修饰在重编程过程中的异常及调控机制,并鉴定出了多个与谱系特异性H3K9me3建立相关的调控因子,为提高克隆效率提供了新思路。

体细胞核移植(somatic cell nuclear transfer, SCNT)技术,也称克隆技术,指的是将终末分化的体细胞注入去核的卵母细胞内,使体细胞的染色质发生重编程并获得全能性的技术。然而,与正常胚胎相比,克隆胚胎的出生效率极低。供体细胞染色质的表观遗传重编程异常是导致这一现象的重要原因,其中就包括在供体细胞中高度富集的组蛋白H39位赖氨酸的三甲基化修饰(H3K9me3)。

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通过与正常胚胎进行比较,研究人员发现来源于供体细胞的H3K9me3在克隆胚胎发育过程中呈现整体偏高的状态。其中,H3K9me3异常富集在初级ZGA基因(minor ZGA,发生在小鼠1-细胞晚期至2-细胞早期)相关区域中,这与克隆胚胎中minor ZGA基因的转录抑制以及逆转座子的激活延迟密切关联。通过Kdm4b的过表达可特异性地擦除minor ZGA基因上的H3K9me3,从而恢复ZGA基因的激活。因此,H3K9me3的重编程异常是阻碍克隆胚胎获得全能性的一个重要因素。

此外,通过比较克隆胚胎与正常胚胎在囊胚阶段的H3K9me3富集区域的差异,研究人员发现,克隆囊胚在谱系特化过程中H3K9me3的建立存在严重异常。通过转录因子富集及转录活性差异的联合分析,预测出在差异化建立H3K9me3的区域中富集异常且表达紊乱的转录因子。

针对在克隆胚胎中异常低表达的转录因子MaxMcrs1,在正常胚胎中对其进行敲降模拟验证,发现第一次谱系分化过程出现明显异常,表明MaxMcrs1可能对克隆胚胎的谱系分化具有重要调控作用。在对克隆胚胎的发育挽救实验中,通过对MaxMcrs1分别进行过表达,可促进克隆胚胎中谱系特异性H3K9me3的建立,并且显著改善克隆胚胎着床前后的发育潜能,进一步提高克隆小鼠的出生率。因此,本研究揭示了在分化过程中谱系特异性H3K9me3的建立缺陷是影响克隆胚胎发育的一个重要障碍。

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过表达MaxMcrs1提高克隆胚胎的发育能力

综上,该研究解析了H3K9me3重编程的异常与克隆胚胎的全能性获得和谱系分化异常之间的关系,为理解克隆效率低下的分子机制提供了新的思路。

 

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