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，來自馬克斯-普朗克研究所等機構(gòu)的科學家們通過研究揭示了在胚胎發(fā)育過程中并不會改變DNA序列，但卻僅會表觀遺傳學修飾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(diào)節(jié)性機制如何促進早期小鼠胚胎中不同組織和器官的形成。
盡管每個細胞中都含有相同的遺傳信息，但受精卵往往會發(fā)育成包含多種不同組織和器官的完整有機體，而一個復雜的分子發(fā)條能夠調(diào)節(jié)機體中細胞如何完成每項任務，并能確定激活每個基因的適當時間和地點；而表觀遺傳調(diào)節(jié)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，并且控制每個細胞中哪些部位能表達。
其中大部分的調(diào)節(jié)子是必不可少的，當器官開始出現(xiàn)時，缺少這些調(diào)節(jié)子的胚胎或許會在發(fā)育期間發(fā)生死亡，然而，這些調(diào)節(jié)子在每個細胞中或許會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，所有細胞中存在著相同的調(diào)節(jié)子，這依賴于細胞類型和其發(fā)育的時間，如今研究人員成功闡明了表觀遺傳調(diào)節(jié)子在胚胎發(fā)育過程中所扮演的關(guān)鍵角色；文章中，研究者分析了10種最重要的表觀遺傳調(diào)節(jié)子，他們利用CRISPR-Cas9系統(tǒng)特異性地移除了受精的卵母細胞中編碼調(diào)節(jié)因子的基因，隨后觀察胚胎所發(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(diào)節(jié)子缺失所導致的胚胎解剖學和分子改變，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，很多胚胎的細胞組成發(fā)生了實質(zhì)性的改變，特定類型的細胞數(shù)量增加了，而其它類型的細胞根本并沒有產(chǎn)生。
為了在分子水平上理解這些改變，研究人員分析了來自胚胎中成百上千個單一的細胞，這些細胞中單個表觀遺傳調(diào)節(jié)子都被系統(tǒng)性地移除了，隨后研究者對大約28萬個單一的細胞中的RNA分析進行測序來調(diào)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)來理解細胞的身份和行為；在研究人員的分析中，他們重點關(guān)注到了胚胎發(fā)育的某個階段，即在該階段表觀遺傳調(diào)節(jié)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(shù)據(jù)進行對比后，他們識別出了發(fā)生下調(diào)的基因，以及產(chǎn)量過程或不足的細胞類型，由此來看，研究人員就能推斷出許多表觀遺傳調(diào)節(jié)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(jié)，通常情況下，冠以一個單一的調(diào)節(jié)子就會導致整個相互作用的基因網(wǎng)絡產(chǎn)生漣漪效應，而在發(fā)育過程中也會使得許多基因被不同程度地激活或失活。移除名為PRC2的表觀遺傳調(diào)節(jié)子或許就會產(chǎn)生明顯的影響，研究者表示，如果沒有PRC2的話，胚胎在8天半后就會看起來更像雞蛋，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(xiàn)形態(tài)異常之前就已經(jīng)發(fā)生了。
研究者發(fā)現(xiàn)，PRC2主要負責限制生殖祖細胞的水平，如果沒有PRC2的話，胚胎就會產(chǎn)生過多的生殖祖細胞，其會失去形狀并在短時間內(nèi)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年來一直懸而未決的問題，如今研究人員就能更好地理解機體中多種不同類型的細胞中表觀遺傳調(diào)節(jié)子是如何進行排列的。研究人員所采用的方法還能幫助分析諸如轉(zhuǎn)錄或生長因子等其它因子，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(jié)/水平來觀察胚胎發(fā)育早期階段的詳細事件了。（文章來源：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