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北医三院利用测序新技术,首次绘出哺乳动物植入前胚胎的“调控图谱”

Evelyn Zhang

研究表明,广泛的表观遗传重编程——如DNA甲基化(Met)的重编程、染色质可及性(Acc)和组蛋白修饰,发生在着床前胚胎发育过程中。然而,在很大程度上,这些表观基因组重组如何有助于建立适当的早期胚胎调控网络,仍有待探索。

近日,来自北医三院国家妇产疾病临床医学研究中心的乔杰闫丽盈团队,开发出了一种单细胞多组学测序技术(scNOMeRe-seq),能够对同一个体细胞的全基因组染色质可及性、DNA甲基化和RNA表达进行分析。

团队利用这一技术,首次对哺乳动物植入前胚胎在单细胞分辨率上多个层面的调控关系,进行了全面的联合分析。

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应用该方法,团队描绘了小鼠植入前发育的单细胞多组学图。从中,他们发现,全基因组DNA甲基化重构,有助于早期胚胎遗传谱系的重建。

此外,他们构建了一个合子基因组激活(ZGA)相关调控网络,揭示了多个表观遗传层、转录因子和重复元件之间的协调作用,可以指导ZGA过程的正确表达。

研究确定了参与调节囊胚ICM/TE特异性转录调控网络的顺式作用元件,其中部分顺式作用元件早在合子时期已被激活,其余部分在发育过程中逐步激活。

此外,营养外胚层(TE)特异性转录因子(Tcfap2a和Gata家族),在内细胞团(ICM)和滋养外胚层(TE)分离过程中,发挥着促进滋养外胚层(TE)和抑制内细胞团(ICM)的双重作用。

使用该方法,北医三院团队对小鼠着床前胚胎不同阶段分离的233个单细胞进行了测序,221个(94.8%)单细胞的RNA数据和218个(93.4%)单细胞的DNA数据通过了研究团队制定出的严格标准,显示了很高的成功率。

DNA数据显示,这一方法可以同时检测到超过15%的基因组WCG/GCH位点(WCG 349万,15.8%;与单细胞核小体、甲基化和转录测序(scNMT-seq)和单细胞染色质整体组尺度景观测序(scCOOL-seq)相比,捕获效率有所提高。

此外,DNA数据显示,在之前定义的DNA酶超敏感位点和开放染色质上,高GCH和低WCG甲基化水平,支持该方法是一种有效和可重复的方法。

RNA数据集具有较高的准确性、高重复性,甚至覆盖基因区域,对低水平表达的基因具有较高的检测灵敏度。

更重要的是,形成的RNA数据集能够准确区分胚胎日囊胚中的ICM和TE细胞,进一步证实了研究团队从scNOMeRe-seq获得的高质量的RNA数据。

上述研究发现,对于胚胎发育的转录和表观遗传学调控研究十分重要。近日,相关成果以“Single-cell multiomics sequencing reveals the functional regulatory landscape of early embryos”为题,发表在《自然·通讯》(Nature Communications)杂志上。

译/前瞻经济学人APP资讯组

参考来源:https://www.nature.com/articles/s41467-021-21519-3https://www.nature.com/articles/s41467-021-21409-8

https://news.pku.edu.cn/jxky/05630d65faa5444db8872e3f02eacee7.htm


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