迪士尼彩乐园专注人类 有望齐备临床价值!清华团队解密胚胎失活X染色体

发布日期:2025-01-09 02:14    点击次数:157

在哺乳动物中,雌性(XX)与雄性(XY)细胞具有性染色体二态性。为了均衡基因抒发水平迪士尼彩乐园专注人类,在胚胎发育早期,雌性细胞内一条X染色体会发生转录失活(X chromosome inactivation, XCI)。X染色体失活终点,会引起严重的胚胎发育劣势,多种东说念主类材干劣势疾病,以至胚胎示寂。因此野心X染色体失活偏持调控机制具有焦躁的科学道理道理和临床价值。

X染色体失活伴跟着剧烈的X染色质结构变化,最终呈现为凝缩的异染色质景色,被称为“巴氏小体”。之前对体外小鼠胚胎干细胞(mESC)分化历程的野心发现,失活X染色体的拓扑结构域(TAD)和区室(compartment)结构齐彰着削弱,同期出现了以宏卫星序列Dxz4为鸿沟的超等结构域(Dxz4-separated megadomains,D-megadomains)。

清华大学生命科学学院颉伟施行室和互助者前期围绕染色体三维结构在哺乳动物生殖和胚胎发育历程中的变化规章和功能进行了一系列野心,包括精子发生、卵子发生、着床前胚胎、着床后胚胎和核移植历程等。但是,染色体三维结构在雌性胚胎发育早期X染色体失活历程中的动态变化历程、机制和功能仍不了了。

9月10日,清华大学生命科学学院颉伟课题组、王海峰课题组与好意思国密歇根大学医学院桑迪普·卡伦特(Sundeep Kalantry)课题组互助在《当然·遗传》(Nature Genetics)杂志发表了题为“早期胚胎发育中失活X染色高档结构的重新成立”(Stepwise de novoestablishment of inactive X chromosome architecture in early development)的野心论文,系统性描画了小鼠胚胎失活X染色体三维染色质构象的重新成立历程,其中初次报说念了胚胎发育早期失活的X染色体呈现出一种突出的染色质高档结构(Xist-separated megadomains,X-megadomains),并深远沟通了其造成的分子机制和参与均衡失活X染色体上必要基因激活和全局性转录千里默的潜在功能,为深远相识X染色体失活机制以及染色体高档结构与基因转录调控关系提供了焦躁参考。

图1.X染色体高档结构在小鼠胚胎发育历程中的动态变化

小鼠胚胎发育历程中,X染色体失活受到精准而动态的调控。从4-细胞时候驱动到囊胚期,父源X染色体发生特异的钤记失活(Imprinted XCI)。之后,父源X染色体在胚外组织中保管钤记失活景色,而在胚胎细胞中,其最初被片刻地从新激活,然后父源或者母源X染色体发生赶紧失活(Random XCI)。

在这一责任中,野心东说念主员诳骗课题组开导的高智谋sisHi-C工夫,系统分析了从1-细胞胚胎到E9.5胚外组织以及E13.5胚胎细胞的X染色体三维结构,涵盖了X染色体钤记失活和赶紧失活的成立和保管历程。野心者发现,小鼠胚胎X染色体失活历程中TAD和compartment结构呈现出和mESC分化不异的削弱趋势(图1)。但是在小鼠着床后胚胎的胚外组织中出现了一种私有的以Xist位点为鸿沟的超等结构域,迪士尼彩乐园官网登录因此将其定名为Xist-separated megadomain(X-megadomains)。这一结构在胚内组织发生赶紧X染色体失活的初期也片刻地出现。之前报说念的D-megadomain则主要在胚胎发育后期出现,并只出当今部分小鼠品系中(图1)。X-megadomains在体外培养的胚外内胚层干细胞(XEN)也存在,何况大概被3D RNA/DNA FISH考据。

图2.黏连卵白(Cohesin)介导的失活X染色体上活跃转录基因的自我窒碍

野心东说念主员进一步发现迪士尼彩乐园专注人类,X-megadomains的造成与Xist基因上游调控区域(Xist Regulatory Region,XRR)的增强子活性以及黏连卵白(Cohesin)勾通具有很好的规划性。在XEN细胞中敲除XRR区域、千里默Xist抒发或特异性指令Cohesin降解,齐会苟且X-megadomains,而降解CTCF对X-megadomains结构的影响较小。勾通之前野心报说念的组卵白乙酰化不错通过乙酰化识别器BRD4进而招募Cohesin的装载(loading)卵白NIPBL,野心东说念主员提议了X-megadomains造成的分子机制:早期胚胎中Xist基因上游调控区域(XRR)高度活跃的增强子信号促进Cohesin在该区域大量装载,导致Cohesin在近邻区域大量积聚,并通过环挤压(loop extrusion)造成X-megadomains(图2)。

进一步野心发现,X-megadomains被苟且后,Xist位点近邻基因和转录调控序列终点激活,领导Cohesin在Xist和XRR区域的富集可能使得近邻活跃的DNA区域自我窒碍,以拦阻其转录活性向相近区域扩散,从而幸免周围转录千里默基因的终点激活。因此,通度日跃增强子介导的Cohesin装载和活跃基因的自我窒碍,细胞不错更好地保管失活X染色体上必要的基因激活和全局性转录千里默(图2)。说七说八,该责任揭示了小鼠胚胎失活X染色体高档结构的重新成立历程,以偏持潜在的基因调控功能。

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清华大学生命科学学院颉伟锤真金不怕火、王海峰助理锤真金不怕火和好意思国密歇根大学医学院桑迪普·卡伦特(Sundeep Kalantry)锤真金不怕火为论文的通信作家,清华大学生命科学学院博士后杜振海、2019级博士生胡梁俊、2018级博士生邹卓宁和2019级博士生刘好意思铄为论文共同第一作家。清华大学生命科学学院2022级博士生李梓晗、博士后卢绪坤,好意思国密歇根大学医学院克莱尔·哈里斯(Clair Harris),重庆医科大学锤真金不怕火向云龙,清华大学生命科学学院博士后陈凤玲、于广、许锴和2022级博士生孔凤也在该课题中作出了焦躁孝顺。

该课题获取了清华大学施作为物中心的苟且协助和扶助。野心获取国度当然科学基金会、国度科技部重心研发谋略、清华-北大生命科学长入中心、好意思国国立卫生野心院(NIH)国度普通医学科学野心所(NIGMS)、好意思国国立卫生野心院(NIH)国度儿童健康与东说念主类发展野心所(NICHD)和中国博士后科学基金的经费扶助。王海峰获取清华大学笃实专项谋略和本源公益基金资助。颉伟是HHMI外洋野心学者和新基石野心员。

论文集会:

https://www.nature.com/articles/s41588-024-01897-2

作家:清华大学