重大突破！我國科學家揭示哺乳動物胚胎染色體3D結構重編程規律

新華網北京7月14日電（王瑩）記者從科學院獲悉，科學家近日在染色體3D結構以及在早期胚胎髮育過程中染色體結構的重編程變化方面取得重大科學突破，相關成果於2017年7月13日發表在國際著名期刊《CELL》上。

記者了解到，人類DNA如果拉成一條直線，長度大約是2米，但一般的細胞核的直徑卻僅有5～10微米左右。因此基因組DNA如何合理的摺疊存放到細胞核里，是一個非常重要的科學問題。同時，現有研究表明，基因組DNA的三維空間摺疊對細胞核如何指揮細胞功能的發揮起著非常重要的作用。

對於大多數動物包括我們人類來講，生命起始於精子和卵子的結合。然而，精子的細胞核、卵子的細胞核結構卻和我們身體中其它的體細胞存在非常大的差別。精子細胞核非常小、只有普通細胞核的1/10左右，染色體被精蛋白包裝，處於一種高度壓縮的狀態；而成熟卵子的細胞核卻處於分裂中期，染色體也處於一種高度壓縮的狀態，與多數細胞仍然具有非常大的差別。因此精子和卵子受精后，細胞核中的染色體如何變化，如何變成正常的細胞染色體，是個一直未被了解的科學問題。同時，了解哺乳動物發育過程中染色體高級結構的變化，有利於我們理解人是如何從受精卵發育成個體。

基於這樣的研究背景，科學院北京基因組研究所劉江研究組和上海科技大學黃行許研究組合作，對上述問題進行研究。由於哺乳動物配子和早期胚胎的數量非常有限，研究團隊解決了使用少量細胞建立3D染色體結構圖譜的難題，從而獲得小鼠精子、卵子和早期胚胎的高解析度染色體高級結構圖譜。

研究結果顯示，成熟的卵子沒有拓撲結構域(TADs)，而在精子中普遍存在超遠程染色體的相互作用。同時研究發現，受精卵和2細胞時期胚胎中染色體高級結構幾乎不存在，隨著發育的進行，染色體高級結構逐漸的建立起來。同時，染色體高級結構的建立不依賴於受精卵基因組轉錄的激活、而是依賴於基因組的複製。除此之外，本研究首次發現染色體的高級結構與DNA甲基化的關聯，並且發現早期發育的DNA去甲基化也與染色體的高級結構相關。

記者了解到，此次研究成果為深入了解哺乳動物如何從受精卵發育成一個多功能的個體打下了重要的基礎，為研究者認識早期胚胎中真實的3D基因組結構做了良好的鋪墊，哺乳細胞早期胚胎髮育高解析度染色體高級結構圖譜數據將為表觀遺傳、生物信息研究領域提供寶貴的資源，幫助揭示胚胎髮育的奧秘。

研究獲中科院先導專項、自然科學基金委和科技部國家重點研發項目支持。