近日，一項刊登在國際雜志Nature上題為“Epigenetic regulator function through mouse gastrulation”的研究報告中，來(lái)自馬克斯-普朗克研究所等機構的科學(xué)家們通過(guò)研究揭示了在胚胎發(fā)育過(guò)程中并不會(huì )改變DNA序列，但卻僅會(huì )表觀(guān)遺傳學(xué)修飾DNA包裝的關(guān)鍵因子所扮演的角色，文章中，研究者揭示了特殊的調節性機制如何促進(jìn)早期小鼠胚胎中不同組織和器官的形成。

盡管每個(gè)細胞中都含有相同的遺傳信息，但受精卵往往會(huì )發(fā)育成包含多種不同組織和器官的完整有機體，而一個(gè)復雜的分子發(fā)條能夠調節機體中細胞如何完成每項任務(wù)，并能確定激活每個(gè)基因的適當時(shí)間和地點(diǎn)；而表觀(guān)遺傳調節因子就是這種分子機制中的一部分，其作用是能修飾DNA分子的包裝，而并不會(huì )改變背后的遺傳信息，具體而言，其作用就是在DNA分子上貼標簽，并且控制每個(gè)細胞中哪些部位能表達。

其中大部分的調節子是必不可少的，當器官開(kāi)始出現時(shí)，缺少這些調節子的胚胎或許會(huì )在發(fā)育期間發(fā)生死亡，然而，這些調節子在每個(gè)細胞中或許會(huì )扮演不同的特定功能，這就使其非常難以被研究，這也就是研究人員研究蛋白質(zhì)所面臨的一大障礙，因為這些蛋白質(zhì)不僅與胚胎的發(fā)育有關(guān)，還參與了癌癥的形成。

研究者Stefanie Grosswendt表示，所有細胞中存在著(zhù)相同的調節子，這依賴(lài)于細胞類(lèi)型和其發(fā)育的時(shí)間，如今研究人員成功闡明了表觀(guān)遺傳調節子在胚胎發(fā)育過(guò)程中所扮演的關(guān)鍵角色；文章中，研究者分析了10種最重要的表觀(guān)遺傳調節子，他們利用CRISPR-Cas9系統特異性地移除了受精的卵母細胞中編碼調節因子的基因，隨后觀(guān)察胚胎所發(fā)生的變化；當胚胎發(fā)育了6-9天后，研究人員分析了相應調節子缺失所導致的胚胎解剖學(xué)和分子改變，結果發(fā)現，很多胚胎的細胞組成發(fā)生了實(shí)質(zhì)性的改變，特定類(lèi)型的細胞數量增加了，而其它類(lèi)型的細胞根本并沒(méi)有產(chǎn)生。

為了在分子水平上理解這些改變，研究人員分析了來(lái)自胚胎中成百上千個(gè)單一的細胞，這些細胞中單個(gè)表觀(guān)遺傳調節子都被系統性地移除了，隨后研究者對大約28萬(wàn)個(gè)單一的細胞中的RNA分析進(jìn)行測序來(lái)調查功能缺失所產(chǎn)生的后果，RNA能夠傳遞DNA上的信息，這就能夠幫助研究人員利用測序技術(shù)來(lái)理解細胞的身份和行為；在研究人員的分析中，他們重點(diǎn)關(guān)注到了胚胎發(fā)育的某個(gè)階段，即在該階段表觀(guān)遺傳調節子尤其重要，當研究者將發(fā)生改變和未發(fā)生改變的胚胎的數據進(jìn)行對比后，他們識別出了發(fā)生下調的基因，以及產(chǎn)量過(guò)程或不足的細胞類(lèi)型，由此來(lái)看，研究人員就能推斷出許多表觀(guān)遺傳調節子此前未知的功能。

單細胞分析能幫助研究者分析小鼠發(fā)育前9天的細節，通常情況下，冠以一個(gè)單一的調節子就會(huì )導致整個(gè)相互作用的基因網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)生漣漪效應，而在發(fā)育過(guò)程中也會(huì )使得許多基因被不同程度地激活或失活。移除名為PRC2的表觀(guān)遺傳調節子或許就會(huì )產(chǎn)生明顯的影響，研究者表示，如果沒(méi)有PRC2的話(huà)，胚胎在8天半后就會(huì )看起來(lái)更像雞蛋，而且非常小，這或許是非常不尋常的；此外，研究者還揭示了DNA的包裝方式，其或許早在胚胎出現形態(tài)異常之前就已經(jīng)發(fā)生了。

研究者發(fā)現，PRC2主要負責限制生殖祖細胞的水平，如果沒(méi)有PRC2的話(huà)，胚胎就會(huì )產(chǎn)生過(guò)多的生殖祖細胞，其會(huì )失去形狀并在短時(shí)間內發(fā)生死亡。最后研究者Alexander Meissner指出，在新型組合性技術(shù)的幫助下，我們解決了25年來(lái)一直懸而未決的問(wèn)題，如今研究人員就能更好地理解機體中多種不同類(lèi)型的細胞中表觀(guān)遺傳調節子是如何進(jìn)行排列的。研究人員所采用的方法還能幫助分析諸如轉錄或生長(cháng)因子等其它因子，甚至是這些因子的組合；如今研究人員就能以前所未有的細節/水平來(lái)觀(guān)察胚胎發(fā)育早期階段的詳細事件了。（文章來(lái)源：生物谷Bioon.com）

參考資料：

【1】Grosswendt, S., Kretzmer, H., Smith, Z.D. et al. Epigenetic regulator function through mouse gastrulation. Nature 584, 102–108 (2020). doi：10.1038/s41586-020-2552-x

【2】Epigenetics and cell diversity in the embryo