中國科學(xué)院北京基因組研究所劉江團(tuán)隊(duì)與山東大學(xué)附屬生殖醫(yī)院陳子江團(tuán)隊(duì)合作，首次揭示了人類早期胚胎中的染色體三維結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化，并發(fā)現(xiàn)染色質(zhì)調(diào)節(jié)蛋白CTCF對于早期胚胎發(fā)育中TAD結(jié)構(gòu)的重要調(diào)控功能，為進(jìn)一步揭示人類胚胎發(fā)育機(jī)制提供了理論基礎(chǔ)。研究論文日前在線發(fā)表于《自然》雜志上。

人類個(gè)體發(fā)育從受精卵開始，逐漸分裂分化形成一個(gè)含有上百種細(xì)胞類型、多種器官的復(fù)雜有機(jī)體。但人類精子和卵子受精后，細(xì)胞核中的染色體結(jié)構(gòu)如何變化？哪些生物學(xué)分子會影響胚胎中的染色體結(jié)構(gòu)變化？一直以來未找到答案。

據(jù)介紹，染色體三維結(jié)構(gòu)是重要的表觀遺傳因素，與基因的表達(dá)調(diào)控密切相關(guān)。三維結(jié)構(gòu)是由拓?fù)湎嚓P(guān)結(jié)構(gòu)域（TAD）基本單元構(gòu)成的。此次研究發(fā)現(xiàn)，在成熟的人類精子中沒有TAD結(jié)構(gòu)且沒有檢測到染色質(zhì)調(diào)節(jié)蛋白CTCF，這與在小鼠精子中的情況完全不同。受精后，胚胎中TAD結(jié)構(gòu)非常模糊，在后續(xù)的胚胎發(fā)育中染色體逐漸建立清晰的TAD結(jié)構(gòu)。值得注意的是，不同于小鼠胚胎和果蠅胚胎，在人類早期胚胎中，阻斷合子基因組激活可抑制TAD結(jié)構(gòu)的建立。

研究人員進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，CTCF蛋白在合子基因組激活之前表達(dá)量非常有限，在TAD結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的合子基因組激活時(shí)期表達(dá)量會迅速上升。在胚胎中敲低CTCF蛋白可導(dǎo)致TAD結(jié)構(gòu)顯著變?nèi)酢＿@表明，在合子基因組激活時(shí)，CTCF蛋白的表達(dá)對于人類早期胚胎的TAD結(jié)構(gòu)建立至關(guān)重要。

該研究對精子及人類早期胚胎發(fā)育過程中的染色體結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化情況進(jìn)行了描繪，對于深入理解人類胚胎發(fā)育有重要的理論和臨床意義。