北京基因組所揭示哺乳動物染色體3D結構

　　人類DNA如果拉成一條直線，長度大約是2米，但一般的細胞核的直徑卻僅有5～10微米左右。因此，基因組DNA如何合理折疊存放到細胞核內，是一個非常重要的科學問題。本文威正翔禹/締一生物為您分析北京基因組所揭示哺乳動物染色體3D結構。

    現有研究表明，基因組DNA的三維空間折疊對細胞核如何指揮細胞功能的發揮起著非常重要的作用。對于大多數動物包括人類而言，生命起始于精子和卵子的結合。然而，精子的細胞核、卵子的細胞核結構卻和我們身體中其它的體細胞存在非常大的差別。精子細胞核非常小、只有普通細胞核的1/10左右，染色體被精蛋白包裝，處于一種高度壓縮的狀態；而成熟卵子的細胞核卻處于分裂中期，染色體也處于一種高度壓縮的狀態，與多數細胞仍然具有非常大的差別。因此，精子和卵子結合后，細胞核中的染色體如何變化，如何變成正常的細胞染色體，是一直未被了解的科學問題。同時，了解哺乳動物發育過程中染色體高級結構的變化，有利于理解人是如何從受精卵發育成個體的。

　　近日，中國科學院北京基因組研究所劉江研究組和上?？萍即髮W黃行許研究組合作，對上述問題進行了研究，揭示了哺乳動物成熟精子和卵子的染色體3D結構以及在早期胚胎發育過程中染色體結構的重編程變化。

　　哺乳動物配子和早期胚胎的數量非常有限，研究團隊解決了使用少量細胞建立3D染色體結構圖譜的難題，從而獲得小鼠精子、卵子和早期胚胎的高分辨率染色體高級結構圖譜。研究結果顯示，成熟的卵子沒有拓撲結構域（TADs），而在精子中普遍存在超遠程染色體的相互作用。研究發現，受精卵和2細胞時期胚胎中染色體高級結構幾乎不存在，隨著發育的進行，染色體高級結構逐漸建立起來。研究還發現染色體高級結構的建立不依賴于受精卵基因組轉錄的激活，而是依賴于基因組的復制。此外，該研究**發現染色體的高級結構與DNA甲基化的關聯，并且發現早期發育的DNA去甲基化也與染色體的高級結構相關。

　　該研究為深入了解哺乳動物如何從受精卵發育成一個多功能的個體打下了重要基礎，為科學家認識早期胚胎中真實的3D基因組結構做了良好鋪墊，哺乳細胞早期胚胎發育高分辨率染色體高級結構圖譜數據將為表觀遺傳、生物信息研究領域提供寶貴的資源，幫助揭示胚胎發育的奧秘。

　　相關成果于7月13日發表在國際期刊《細胞》（Cell）上。該研究獲得中科院戰略性先導科技專項、國家自然科學基金委和科技部國家重點研發項目的支持。

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