单细胞胚胎受精后独特的基因组结构

使用新开发的方法，奥地利科学院分子生物技术研究所(IMBA)的研究人员已经能够揭示在单细胞哺乳动物胚胎受精后最初几小时内发生的基因组重组的复杂性。他们的研究结果最近发表在Nature杂志上。研究小组(来自三大洲)发现，与其他间期细胞相比，单细胞胚胎或受精卵中共存的卵子和精子基因组具有独特的结构。了解这种专门的染色质“基态”有可能提供对表观遗传重编程到全能的神秘过程的见解，即产生所有细胞类型的能力。

卵子和精子的融合，两种高度分化的细胞类型，导致单细胞胚胎或受精卵的形成。在受精后的第一个小时内，两个独立的基因组经历重编程事件，其可能起到消除分化细胞类型的记忆并建立全能状态的作用。全能性潜在的机制仍然知之甚少，但对于从受精卵产生新生物体至关重要。

单细胞基因组学的重大进展

受精后，母系和父系基因组消除了先前分化状态的一些表观遗传记忆，以促进作为受精卵的新生命的开始。在受精后的第一个细胞周期中，从卵母细胞(卵子)遗传的母体基因组和由精子提供的父本基因组在受精卵中作为单独的细胞核存在。这两个基因组的特征在于重编程期间获得的不同的表观遗传修饰。母系和父系基因组的3-D 染色质结构是否也是不同的尚不清楚。

由IMBA的KikuëTachibana-Konwalski领导的国际团队与来自波士顿麻省理工学院(MIT)和莫斯科罗蒙诺索夫大学(MSU)的研究人员合作，旨在揭示哺乳动物卵母细胞中染色质结构如何重组。合子过渡。利用Maxim Imakaev在Leonid Mirny实验室进行的新一代测序，生物信息学分析和数学建模，研究人员确定了在小鼠卵母细胞和受精卵基因组重组过程中出现的特定模式。

原料的低可用性使得有必要开发新的单核Hi-C(snHi-C)方法，这使得有可能首次分析卵母细胞和单细胞胚胎中的染色质结构。使用该方法，当在基因组上平均时，在单细胞中检测到基因组组织的特征，包括区室，拓扑缔合结构域(TAD)和染色质环。“我们的方法使我们能够比以前的方法更有效地检测染色质接触十倍。因此，我们能够找到基因组的差异折叠在单个细胞的水平上：由于平均数百万个细胞，传统的Hi-C遗漏了这些细胞间的变异，“前维也纳生物中心(VBC)暑期学生Ilya Flyamer说，然后是硕士生和一个该研究的第一作者。

母亲和父亲染色质的对比行为

“此外，与其他间期细胞相比，我们发现受精卵染色质的三维组织存在独特差异。更有趣的是，受精卵的母本和父本基因组似乎在同一细胞内有不同的组织。受精后染色质结构重组，并且这种重组在母体和父本基因组中发生差异，“IMBA博士生Johanna Gassler解释说，该研究的第一批作者之一。

资深作者和IMBA组长KikuëTachibana-Konwalski对哺乳动物卵母细胞到合子过渡的秘密着迷，并且多年来一直在研究生命的奇迹，特别是最初的分子步骤。她还希望这些发现能为新兴的全能性领域带来新的见解。“将受精卵的力量置于背景中：通过Yamanaka因子重新编程为多能性需要几天时效率有限，而重新编程为全能性则发生在受精卵中几小时之内。如何实现这一点仍然是生物学中的关键未知之一。通过研究受精卵的染色质状态，我们的目标是深入了解这种机制，它也可以用于再生医学，“Tachibana-Konwalski说道，强调了她对她最喜欢的研究课题的潜在应用的兴奋。

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