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我科学家破解生物学难题:揭示哺乳动物胚胎染色体三维结构奥秘


[发布:经济日报] [日期:2017-8-1 10:48:04] [浏览:]


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  人类DNA如果拉成一条直线,长度大约为2米,但普通细胞核的直径却仅有5微米至10微米。因此,基因组DNA如何合理的折叠存放到细胞核里,是一个非常重要的科学问题。现有研究表明,在细胞核指挥细胞发挥功能的过程中,基因组DNA的三维空间折叠对此起到关键作用。
  对于大多数动物包括我们人类来讲,生命起始于精子和卵子的结合。然而,精子、卵子的细胞核结构与其它体细胞相比,存在巨大差别:精子细胞核非常小,仅有普通细胞核的十分之一左右,染色体被精蛋白包装,处于一种高度压缩的状态;而成熟卵子的细胞核处于分裂中期,染色体也处于一种高度压缩状态,与多数细胞相比,仍具有非常大的差别。因此精子和卵子受精后,细胞核中的染色体如何变化,如何变成正常的细胞染色体,一直是个未被了解的科学问题。同时,了解哺乳动物发育过程中染色体高级结构的变化、有利于我们理解人类如何从受精卵发育成个体。
  中国科学院北京基因组研究所刘江研究组和上海科技大学黄行许研究组合作,对上述问题进行了研究,揭示了哺乳动物成熟精子和卵子的染色体3D结构以及在早期胚胎发育过程中染色体结构的重编程变化,相关成果于近日发表在国际著名期刊《细胞》上。
  哺乳动物配子和早期胚胎的数量非常有限,研究团队为此解决了使用少量细胞建立3D染色体结构图谱的难题,成功获得小鼠精子、卵子和早期胚胎的高分辨率染色体高级结构图谱。
  研究结果显示,成熟卵子没有拓扑结构域,而在精子中普遍存在超远程染色体的相互作用。科研人员还发现,染色体高级结构的建立不依赖于受精卵基因组转录的激活,而是依赖于基因组的复制。除此之外,本研究首次发现染色体的高级结构与DNA甲基化的关联。
  该研究为深入了解哺乳动物如何从受精卵发育成为多功能的个体打下重要基础,为研究者认识早期胚胎中真实的3D基因组结构做了良好铺垫,哺乳细胞早期胚胎发育高分辨率染色体高级结构图谱数据将为表观遗传、生物信息研究领域提供宝贵资源,帮助揭示胚胎发育的奥秘。




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