哺乳动物合子基因组激活过程中的染色质重塑

哺乳动物受精后,终末分化的卵子和精子结合并转变为具有全能性的受精卵,从而产生胚胎。胚胎发育最初由卵母细胞储存的基因产物指导,然后完成由母源到合子的过渡(maternal-to-zygotic transition, MZT)。母源mRNA逐渐被降解,合子基因组开始转录,合子的发育由自身调控。伴随着胚胎发育的进行,表观基因组经历了剧烈的重编程,表观遗传修饰在胚胎发育过程起到重要调控作用。其中,染色质重塑是指开放(转录激活)和关闭(转录抑制或沉默)染色质结构之间的动态变化。核小体在染色质上的不均匀分布导致基因组不同区域的松散程度不同,染色质可及性高的区域比较松散,易与转录因子结合,通常是重要的调控区域。染色质重塑通过调节DNA结合蛋白的基因组可及性,参与合子基因表达的调控,在合子基因组激活(zygotic genome activation, ZGA)过程中起到重要作用。作者讨论了伴随ZGA的整体染色质结构(和局部染色质可及性)的变化,以及它们在ZGA中的作用,为深入理解合子基因表达的调控机制提供参考。     

母源-合子转换期中合子基因组激活的研究进展

母源-合子转换(Maternal-to-Zygotic Transition,MZT)是早期胚胎发育过程中母体产物到新生合子基因组发育控制的关键,包括母体成分(mRNAs和蛋白质)降解和合子基因组激活(Zygotic Genome Activation,ZGA)。虽然这两个阶段的基因调控模式不同,但在MZT中这些变化精确控制和高度关联。本文综述了ZGA过程中细胞周期、染色质和转录因子调控胚胎基因表达的特定模式,以及ZGA翻译后调控的变化,阐明了ZGA在MZT过程中的分子调控机制,为进一步研究MZT中基因表达的大规模变化提供理论基础。     

禽早期胚胎发育的分子机制研究进展

禽早期胚胎发育是指禽卵子受精后在雌性生殖道内发育的过程，一般需要持续24～26 h。根据耶尔基勒迪及柯查夫（Eyal-Giladi and Kochav,EGK）时期分段标准，归纳为卵子-合子、合子-EGK I和EGK I-EGKX3个经典阶段。禽类早期胚胎在母体内发生多次卵裂，产出后细胞数目可达55000个左右。近几年关于禽早期胚胎发育中母源-合子转换（Maternal-Zygotic Transition,MZT）过程，合子基因组激活（Zygotic Genome Activation,ZGA）时间和分子机制有了新的发现，其中NOTCH和WNT等信号通路以及DLX6、ATA2和ZIC4等母源基因在胚胎早期发育阶段率先被激活，合子基因组开始表达并逐步替代母源物质。禽类作为胚胎发育研究的理想动物模型，揭开其相关分子机制对推动养禽业发展、鸟类胚胎发育和转基因技术等具有重要意义。本文主要围绕禽类卵子发育、卵子受精和合子在母体内发育的主要分子机制进行综述，为禽类早期胚胎发育的研究和发展奠定基础。     

小鼠胚胎附植研究现状

体外胚胎生产效率低以及胚胎质量不高已成为制约我国人类生殖辅助技术以及畜牧业健康快速发展的重要因素。胚胎在体外环境下发育的基因调控机制及附植前后母胎互作机理不清是其重要原因。因此,对于体外胚胎发育的网络调控及母胎对话分子机制的揭示成为亟待解决的重大科学问题。随着生物技术的发展,应用基因组学、蛋白质组学、表观遗传学等研究手段深入探讨体外胚胎发育的基因网络调控以及表观遗传学修饰机制,解析胚胎与母体子宫对话的分子调节机制成为现在研究的热点。     

早期胚胎体外培养相关细胞因子研究进展

在体外培养哺乳动物和人类早期胚胎时，早期胚胎往往不能完成从受精卵到囊胚的发育全过程，而停留在某个发育时期，该现象被称为“发育阻滞”。研究表明动物早期胚胎发育是由贮存在受精卵内的母型mRNAs和蛋白质控制的。母型基因指导受精卵最初的数次卵裂，合子型基因在随后的胚胎发育中起调控作用。而在体外培养过程中，合子型基因开启受阻是导致早期胚胎发育阻滞的直接原因m。推测输卵管上皮细胞分泌的某些蛋白可能激活合子型基因开启圆，虽然这些信号分子的结构和作用机制尚不清楚，但不能排除其中含有某些已知细胞因子的可能性。因此，本文就影响体外早期胚胎发育的5种细胞因子作一简要综述。     

哺乳动物早期胚胎表观遗传的非对称性研究进展

在哺乳动物发育早期,双亲基因组间及胚胎细胞系间均存在表观遗传非对称性,这对胚胎发育调控有重要意义。本文综述了受精卵、囊胚的表观遗传非对称性现象及目前对其机制的研究进展。克隆胚胎的表观遗传非对称性有所丢失,它们中的大部分有发育缺陷,尤其是胚胎和胚外组织发育失衡,这也说明了保持表观遗传非对称性对于胚胎发育的重要性。     

哺乳动物胚胎着床前的基因表达与调控

综述近年来哺乳动物胚胎着床前这一发育阶段基因表达与调控的研究进展。早期胚胎发育受母源型 ,即卵母细胞内 m RNA和蛋白质的调控 ,随着母型 m RNA的消耗 ,合子型基因取而代之进行合子型调控 ;其中合子型基因激活是调控过渡的关键事件。     

小鼠早期胚胎发育过程中的DNA去甲基化

表观遗传修饰在基因转录与表达、细胞生长与分化以及动物个体正常发育等过程中都具有重要的调控作用。表观遗传修饰发生异常,会引起机体生长发育中的各种异常。哺乳动物从精卵受精到附植前的胚胎早期发育阶段会发生重要的表观遗传重编程,主要包括DNA甲基化和组蛋白修饰。精卵受精后DNA发生主动和被动2种方式的去甲基化。本文主要综述了与DNA甲基化相关的蛋白和早期胚胎发育过程中的去甲基化机制,并对小鼠附植前胚胎发育过程中的DNA甲基化的动态变化进行了详细的论述。     

组蛋白H3K4me3甲基化修饰与哺乳动物早期胚胎发育

表观遗传调控是细胞分化过程中的主要机制之一,尤其在生殖细胞分化调控中尤为重要。而组蛋白甲基化修饰是表观遗传信息的重要载体和生命活动的重要调控因子,对细胞的状态和胚胎的发生与发育具有决定性的作用,就组蛋白H3K4me3甲基化修饰与哺乳动物早期胚胎发育研究进展进行了综述。     

早期胚胎DNA甲基化研究进展

DNA甲基化修饰是研究最多的表观遗传修饰之一,在调控基因转录、染色体结构稳定、基因印迹、X染色体失活等方面发挥作用。尽管DNA甲基化是一种稳定的修饰,但其在个体发育进程中是动态变化的。目前,人们对早期胚胎发育中DNA甲基化修饰研究还不全面,随着全基因组DNA甲基化分析技术的进步,其在早期胚胎中的功能也逐渐揭示。作者主要论述了DNA甲基转移酶(DNMTs)的发现及其调控作用和DNA甲基化在早期胚胎中的作用。     

Cleavage-embryo genes and transposable elements are regulated by histone variant H2A.X

During mammalian preimplantation development, stimulation of zygotic genome activation (ZGA) and transposable elements (TEs) shapes totipotency profiling. A rare mouse embryonic stem cells (mESCs) subpopulation is capable of transiently entering a state resembling 2-cell stage embryos, with subtypes of TEs expressed and ZGA genes transiently activated. In this study, we found that deletion of H2A.X in mESCs led to a significant upregulation of ZGA genes and misregulated TEs. ChIP-seq analysis indicated a direct association of H2A.X at the Dux locus for silencing the Dux gene and its downstream ZGA genes in mESCs. We also demonstrated that histone variant H2A.X is highly enriched in human cleavage embryos when ZGA genes and TEs are active. Therefore, we propose that H2A.X plays an important role in regulating ZGA genes and TEs to establish totipotency.     

DNA甲基化在猪胚胎发育过程中的研究进展

猪的胚胎发育需要经历受精、卵裂、孵化、形态转变、附植、器官分化等一系列重要的生理阶段。虽然在胚胎发育过程中基因的严格表达与正确指导是胚胎能否正常发育的决定性条件,但研究表明DNA甲基化修饰对胚胎的发育也起着必不可少的作用。DNA甲基化是一种常见且重要的表观遗传修饰,虽然不改变DNA的一级序列,但也包含可遗传信息,并在基因的转录调控中起重要作用。在猪的胚胎发育中,DNA甲基化呈现出高度动态的过程,这一过程受孕期母体营养和发育环境条件影响。本文将从胚胎早期发育、体细胞核移植和孕期母体营养三个方面来阐述DNA甲基化对胚胎发育的影响,为进一步研究猪胚胎在发育过程中的DNA甲基化机制和提高体细胞核移植的成功率提供参考。     

From Zygote to Implantation: Morphological and Molecular Dynamics during Embryo Development in the Pig

The increasing focus on the pig as a biomedical model calls for studies which investigate morphological and molecular mechanisms during initial embryonic development in this species. In the pig, the paternal genome is actively demethylated in the zygote, whereas the maternal genome remains methylated. The major genome activation occurs at the four-cell stage, when prominent ribosome-synthesizing nucleoli develop in the blastomeres, allowing for trophectoderm and inner cell mass (ICM) differentiation. Unlike in mice, the pluripotency gene OCT4 is initially expressed in both compartments. The ICM differentiates into epiblast and hypoblast approximately at the time of hatching from the zona pellucida, and subsequently the loss of the Rauber's layer results in an uncovered epiblast establishing the embryonic disc again in contrast to mice. This particular and protracted ICM/epiblast biology may contribute to the lack of success in culturing porcine embryonic stem cells. The embryonic disc subsequently becomes polarized by a posterior thickening, which includes ingression of the first extra-embryonic mesoderm. Thereafter, the primitive streak forms and gastrulation results in formation of the somatic germ layers and germline, i.e. the primordial germ cells. The latter remain pluripotent for a period and may be isolated and cultured as embryonic germ cells in vitro .     

哺乳动物附植前胚胎的基因表达调控

哺乳动物胚胎附植前期包括:合子的形成,胚胎基因组的激活和细胞分化的开始。在这个时期,发育由母源物质控制转为合子基因控制,在此过程,同时形成染色质介导的转录抑制时期,要解除抑制必须经过胚胎基因组的激活。通过对体内、外附植前胚胎的mRNA的表达特点以及它们与成功发育联系的研究,可以筛选出最佳的体外培养条件,设计最佳的核移植方案。     

红腹锦鸡胚胎期羽毛芽发育的研究

旨在了解红腹锦鸡胚胎期羽毛毛囊的组织结构及毛囊形态发生的变化过程,为研究红腹锦鸡羽毛毛囊发育的分子调控机理奠定组织学基础。分别对5、7、8、9、10、11、13、16、18日胚龄的红腹锦鸡胚胎发育情况进行实体观察;采集上述胚龄的红腹锦鸡背部皮肤,制作石蜡切片并进行HE染色,在显微镜下观察毛囊形态结构并拍照记录。红腹锦鸡胚胎于9日胚龄时羽毛芽开始发育,可以观察到色素在毛囊内的沉积,16日胚龄时毛囊发育基本完成,体表覆盖羽毛。该研究为进一步阐明红腹锦鸡羽毛发育的分子机制奠定了组织学基础。     

DNA甲基化对早期胚胎发育的影响

综合分析了DNA甲基化的表观遗传特征,结合DNA甲基化在不同物种、不同发育阶段胚胎中的调控模式,以期从早期胚胎死亡角度揭示DNA甲基化作用对胚胎早期发育基因的表达调控作用,进而阐明胚胎发育过程中的表观遗传调控机制。