Nature Genetics | 中国科学院郭帆/王红梅揭示了小鼠胚胎和胚系发育过程中DNA羟甲基化和甲基化的动态变化
时间：2022-12-25 15:01:07 热度：37.1℃ 作者：网络
在哺乳动物中，DNA 5-羟甲基胞嘧啶(5hmC)参与了早期胚胎发育期间的甲基化重编程。然而，5hmC在多大程度上参与全基因组甲基化重编程仍然是未知的。
2022年12月20日，中国科学院动物研究所郭帆、王红梅共同通讯在Nature Genetics（IF=41）在线发表题为“Dynamics of DNA hydroxymethylation and methylation during mouse embryonic and germline development”的研究论文，该研究揭示了小鼠胚胎和胚系发育过程中DNA羟甲基化和甲基化的动态变化。该研究用亲本等位基因特异性表征了了小鼠早期胚胎和生殖细胞中的5hmC位点。与受精卵中的重新甲基化或维持甲基化相比，DNA羟甲基化与DNA去甲基化的相关性最强，而5hmC靶向于受精后外胚层中特定的重新甲基化位点。
令人惊讶的是，5hmC的生成也需要DNA复制，尤其是在雌性原核中。更引人注目的是，由于母体缺乏Nlrp14，小鼠受精卵中Dnmt1/Uhrf1的核定位异常导致DNA复制偶联被动去甲基化缺陷和受损的5hmC沉积，揭示了全基因组5-甲基胞嘧啶(5mC)维持和Tet介导的氧化之间的差异。综上所述，作者的工作为早期胚胎发育的表观遗传调控研究提供了见解和宝贵的资源。
开创性的研究揭示了十年前受精后Tet3介导的5hmC生成在DNA甲基化重编程中的作用。进一步的证据表明Tet1 /2介导的5hmC修饰在小鼠原始生殖细胞(PGCs)中位点特异性DNA去甲基化。然而，先前在小鼠中的研究主要使用免疫荧光染色检测5hmC信号，这就排除了在特定情况下揭示这种修饰的细节。
尽管5hmC信号在小鼠着床前胚胎中的DNA复制会在很大程度上被稀释，但关于5hmC有多稳定的问题仍然需要解决。此外，5hmC是否与DNA去甲基化结合，或在小鼠受精卵中由从头或维持DNA甲基化产生仍有争议。此外，尽管已知有一小部分母系基因影响小鼠受精卵和早期胚胎的DNA甲基化，包括Dnmt1，Tet3和Stella，在早期胚胎发育过程中，研究其他可能参与甲基化重编程的因素是非常有意义的。
在人类中，多位点印记病与NLRP2、NLRP5和NLRP7的母系效应突变以及DNA甲基化异常相关。大多数人类NLRPs在小鼠中具有直系同源基因，但NLRP7等例外。单敲除Nlrp家族基因(KO)的雄性小鼠，以Nlrp2、Nlrp4f或Nlrp5 KO为代表，通常可存活和生育。然而，雌性小鼠nlrpp2、Nlrp4f或Nlrp5单一KO则不育或低育，着床前发育存在缺陷。此外，来自Nlrp2-KO雌性的死产后代在两个母系印记，即Impact和Zac1上显示出较高的DNA甲基化。这些线索提出了一个问题，即母体缺乏Nlrp基因是否会影响早期胚胎的DNA甲基化。
小鼠早期胚胎甲基化重编程和5hmC调控模型（图源自Nature Genetics ）
在这里，作者着手阐明小鼠早期胚胎和生殖细胞中5hmC的详细情况。为了直接检测受精时亲代基因组中的5hmC，作者分离了单细胞受精卵中的雄性和雌性原核，并结合功能缺失方法来量化Tet3或DNA复制的作用。此外，研究人员还追踪了亲代等位基因，以进一步揭示父系和母系基因组之间的细节。作者还采用小鼠模型和化学方法评估了影响DNA(羟基)甲基化特征的因素，为胚胎和胚系发育过程中5hmC的调控和功能提供了机制见解。
