責編 | 酶美

受精卵起始於精卵的融合。隨後父、母源基因組經歷了劇烈的表觀遺傳學重程式設計過程。其中組蛋白H3K27甲基化（包括H3K27me2和H3K27me3）作為異染色質和基因沉默的標誌，其動態變化對於哺乳動物胚胎正常發育至關重要，近年來也得到研究者們的持續關注。然而受精卵中H3K27me2和H3K27me3是如何建立以及調控的機制仍未得到系統的研究。

2020年12月11日，廣東省第二人民醫院孫青原和歐湘紅課題組、同濟大學高紹榮課題組、中國科學院動物研究所王震波課題組合作在 Nature Communications 雜誌上合作發表論文：PRC2 and EHMT1 regulate H3K27me2 and H3K27me3 establishment across the zygote genome，首次系統性地研究了小鼠受精卵中H3K27me2和H3K27me3建立與調控的機制，並結合微量測序技術ULI-NChIP描繪出H3K27me2在受精卵中的分佈模式。

關於H3K27me3，清華大學頡偉課題組利用STAR ChIP-seq展示了其受精前後在基因組上的動態模式；哈佛大學張毅課題組發現母H3K27me3可以作為一種可遺傳的表觀遺傳修飾，以非DNA甲基化依賴的方式影響父母源基因組的等位基因特異性表達。H3K27的甲基化除了H3K27me3外還有H3K27me2，這兩種修飾之間是否存在關聯，以及在小鼠卵母細胞和受精卵基因組上兩者是如何建立與調控的呢？H3K27的甲基化是PRC2複合體負責的，然而其核心組分EZH2和EED分別在小鼠卵母細胞特異性敲除後表型迥異：前者發育遲緩，後者生育力顯著下降且過度生長。這暗示著其調控機制的獨特性、功能的重要性和機制的獨特性。

在這一工作中，研究人員透過多種基因條件敲除小鼠模型、RNAi、免疫熒光染色、Co-IP以及新的微量測序技術 ULI-NChIP等手段，系統性研究了H3K27me2和H3K27me3在小鼠卵母細胞、受精卵和早期胚胎髮育過程中建立與調控的機制。研究者發現：1）母源EZH2對於H3K27me3的建立是必須的；2）微量測序技術ULI-NChIP顯示H3K27me2在基因組上是一種廣泛的分佈模式；3）EZH1可以部分保障EZH2在H3K27me2形成中的作用；4）值得注意的是，研究者發現在著床前胚胎髮育過程中H3K27me2的建立存在一種從不依賴EZH2 / EED到依賴EZH2 / EED的轉換機制；5）進一步研究揭示了EHMT1而非EHMT2參與H3K27me2的建立與調控過程，確定了雄原核新生H3K27me3的建立必須以H3K27me2作為底物，從而闡明瞭H3K27me2和H3K27me3之間的關係；6）此外，發現該調控模式存在細胞週期依賴性。

綜上所述，這一工作詳細描繪並確認了小鼠受精卵中組蛋白H3K27me2和H3K27me3的關係及建立調控機制。

據悉，中國科學院動物研究所和廣東省第二人民醫院合作培養博士後孟鐵剛、中國科學院動物研究所周茜博士、鄭州大學第一附屬醫院馬雪山博士和同濟大學劉曉雨教授為並列第一作者。

原文連結：

https://www.nature.com/articles/s41467-020-20242-9

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