颉伟孟安明等在《分子细胞》发表斑马鱼配子及早期胚胎组蛋白修饰

幸运时时彩规律教育 2019-06-29200未知admin

  11月15日,清华大学生命学院颉伟研究组与孟安明研究组紧密合作,在《分子细胞》()期刊发表题为《亲本合子转换期广泛的增强子去记忆化和启动子预备化》(Widespread enhancer dememorization and promoter priming during parental-to-zygotic transition)的研究论文,揭示了斑马鱼亲本合子转换期表观基因组“擦除和重写”的转变模式。这一重要发现不仅有助于我们理解斑马鱼早期胚胎表观基因组多步骤建立的机制,也阐明了脊椎动物表观基因组重编程过程的保守性和物种差异性。

  斑马鱼配子及早期胚胎合子基因组激活前后组蛋白修饰的调控模式

  在动物个体发育过程中,表观基因组对时空特异的基因调控起到了十分重要的作用。表观遗传学的一个核心问题就是亲本的表观基因组能否遗传给下一代以及子代第一个表观基因组如何建立。前期小鼠和人类研究结果表明,很多亲本表观遗传信息在受精之后都被擦除,只有部分表观遗传信息会保留下来并发挥重要作用。然而,表观基因组重编程模式在不同物种之间是否保守,是否存在物种特异的显著差异是领域内一个非常重要的生物学的问题。

  斑马鱼作为常用的发育生物学模式生物,为研究上述两个问题提供了一个非常理想的平台。斑马鱼的早期发育过程与哺乳动物具有以下差异:首先,斑马鱼合子基因激活(ZGA,zygotic genome activation)发生较晚(在1000细胞期前后),能为研究早期胚胎发育中亲本-子代转换研究提供充足胚胎细胞和时间;其次,斑马鱼精子染色体不存在鱼精蛋白-组蛋白交换过程,其早期胚胎发育过程中也没有广泛的DNA去甲基化过程。为了开展这一研究,清华大学颉伟研究组利用其课题组研发的染色质免疫共沉淀技术(STAR ChIP-seq) (Zhang et al., Nature, 2016),实现了在少量细胞水平上进行组蛋白修饰的检测。进而与清华大学生命学院孟安明研究组紧密合作,并通过孟安明实验室最近发表的斑马鱼卵母细胞原位显微注射技术(OMIS,Oocyte Microinjection in situ)(Wu et al., JMCB, 2018),揭示了斑马鱼配子及早期胚胎发育过程中组蛋白修饰重编程的调控规律。

  通过对斑马鱼配子及早期胚胎中的组蛋白修饰的研究,研究人员首先系统地检测了组蛋白修饰H3K4me3、H3K27ac、H3K27me3和H3K36me3在精子、卵子、4细胞时期、256细胞时期和穹顶期胚胎基因组内的分布特性。这些实验结果发现,亲本增强子区域的表观遗传学记忆会在受精前后快速的擦除。令研究人员惊讶的是,精子基因组增强子上的这种“去记忆化(dememorization)”甚至在受精之前就已经开始发生。卵子基因组的去记忆化则主要发生在受精之后。子代增强子的表观遗传标记则是在基因组激活前后(1000细胞)开始建立。与此不同的是,启动子区早在4细胞时期就会大量出现组蛋白乙酰化,提示启动子区域会进入一种提前预备的状态。一旦ZGA发生,这些提前预备的启动子将会被进一步修饰并进入启动或抑制程序。为了研究这种启动子提前乙酰化的可能功能,研究人员进行了母源敲低三个关键组蛋白乙酰转移酶。这种敲低导致了胚胎乙酰化的降低并引起基因组激活的异常以及胚胎死亡。

  进一步研究发现,这些启动子的预备和启动主要由母源因子调控。依据以上研究结果,研究人员提出了亲本合子转换期增强子去记忆化和启动子预备化的表观遗传学重编程模式。因此,这项工作揭示了不同脊椎动物物种亲本-子代转换中表观基因组重编程保守的“擦除-重建”的机制以及所采用的不同模式。

  清华大学生命学院颉伟研究员和孟安明教授为本文通讯作者,清华大学生命学院2013级博士生张冰洁,2011级博士毕业生吴小童,以及CLS项目2012级博士毕业生张文昊为本文共同第一作者。该课题得到了清华大学实验动物中心,生物医学测试中心基因测序平台以及计算平台的大力协助和支持。该研究获得了国家科技部重点研发计划、国家重点基础研究发展计划(973计划)、国家自然科学基金委优秀青年基金、国家自然科学基金委杰出青年基金、生命科学联合中心以及美国霍华德休斯医学研究所国际研究学者(HHMI International Research Scholar)的经费支持。

  清华大学生命学院戚益军研究组在《发育细胞》期刊发表了题为《拟南芥ARGNAUTE1在植物响应激素和胁迫过程中结合染色质并促进基因表达》的研究论文,报道了拟南芥AGO1在植物响应不同内外源信号过程中促进基因转录的全新功能。

  12月5日,清华大学生命科学学院颉伟研究组在《自然-遗传》期刊以长文形式发表了题为《小鼠早期胚胎发育谱系分化过程中表观基因组动态调控》的研究论文,系统报道了哺乳动物早期谱系分化过程中表观遗传信息是如何建立和动态调控的。

  11月28日,清华大学生命科学学院刘万里研究组在《细胞报道》期刊发表题为《磷脂酰肌醇4,5-二磷酸和磷脂酰肌醇3,4,5-三磷酸平衡以及胞质分裂作用因子2蛋白的招募和活化调控B细胞抗原受体微簇体成熟》的研究论文,报道介导B细胞受体微簇体成熟的精细分子机制,揭示B细胞受体跨膜信号转导和B淋巴细胞活化新机制,为相关免疫疾病的研究提供新的理论依据。

  10月19日,清华大学生命科学学院隋森芳教授研究组在《自然》(Nature)期刊上在线发表题为《海洋红藻藻胆体的结构》的研究论文,首次报道世界上第一个完整藻胆体的近原子分辨率的冷冻电镜三维结构,为揭示藻胆体的组装机制和光能传递途径奠定了重要基础。

  10月3日,清华大学生命科学学院王宏伟教授领导的研究组在《结构》(Structure)期刊在线发表题为《利用球差矫正冷冻电镜和电压相位板技术在过焦状态下解析近原子分辨率蛋白结构》的冷冻电镜方法学研究论文。该研究成果首次提出并使用过焦成像技术获得高分辨蛋白质结构,是冷冻电镜成像理论方面的新方法,同时也为球差矫正技术和相位板技术在生物冷冻电镜领域的应用提供了新思路。

  北京时间9月23日凌晨,孙前文实验室在植物学世界知名期刊《植物细胞》(The Plant Cell)在线发表题为“核糖核酸酶H与DNA解旋酶协作以限制拟南芥叶绿体R环水平并且维持基因组稳定性,的研究论文,首次报道了叶绿体基因组稳定性受到R-loop影响的分子机制。

  9月15日,清华大学生命学院施一公教授研究组于《细胞》(Cell)杂志就剪接体的结构与机理研究再发最新成果,题目为《酿酒酵母内含子套索剪接体的结构》,该文报道了RNA剪接循环中剪接体最后一个状态的高分辨率三维结构,为阐明剪接体完成催化功能后受控解聚的分子机制提供了结构基础,从而将对RNA剪接(RNA Splicing)分子机理的理解又向前推进了一步。

  7月13日,清华大学生命科学学院颉伟研究组在《自然》期刊(Nature)上发表了题为《哺乳动物早期胚胎发育过程中染色体三维结构的亲本特异重编程》(Allelic reprogramming of 3D chromatin architecture during early mammalian development)的研究论文,系统报道了哺乳动物染色体三维结构在着床前胚胎发育过程中的动态重编程过程。

  6月8日,清华大学生命学院颜宁研究组在《细胞》(Cell)期刊在线发表了题为《人源脂类外向转运蛋白ABCA1的结构》(Structure of the Human Lipid Exporter ABCA1)的研究论文,首次报道了胆固醇逆向运输过程中的关键蛋白ABCA1近原子分辨率的冷冻电镜结构,为理解其作用机制及相关疾病致病机理奠定了重要基础。

  2月8日和14日,清华大学生命科学学院杨茂君教授研究组与多个研究组合作分别在《物理化学化学物理》发表题为《通过温控电子自旋共振以及量子计算研究酵母Ndi1反铁磁式电子传递机理》和《药物化学》发表题为《通过结合小分子的恶性疟原虫PfNDH2的晶体结构获得药物靶点以治疗耐药性疟疾》的研究论文。

  1月9日,清华大学生命科学学院李雪明课题组在《结构和分子生物学》(Nature Structural & Molecular Biology)杂志在线发表题为《细菌II型分泌系统的分泌素结构及其工作机制》(Structural Insights into Secretin Translocation Channel in Type II Secretion System)的研究论文,该工作通过冷冻电镜的研究手段首次揭示了细菌II型分泌系统外膜复合物GspD分泌素通道的原子分辨率结构以及通道的半开放状态结构,结合相应的生化实验,阐述了底物通过II型分泌系统分泌素的分泌机理。

  11月8日,清华大学柴继杰课题组在《细胞研究》(Cell research)杂志在线发表题为“十字花科植物自交不亲和反应的结构生物学研究(Structural basis for specific self-incompatibility response in Brassica)”的论文,首次在原子层面揭示了十字花科植物自交不亲和反应的分子机制。

  清华生命学院杨茂君研究组首次报道线日,清华大学生命学院杨茂君教授研究组在《自然》(Nature)期刊发表题为《哺乳动物呼吸体结构》(The architecture of the mammalian respirasome)的研究长文(Article),首次报道了迄今为止分辨率最高的线粒体呼吸链超级复合物——呼吸体的冷冻电镜三维结构。

  清华大学王宏伟课题组揭示酵母细胞质RNA...

  清华大学生命科学学院教授、清华-北大生命科学联合中心研究员王宏伟领导的研究组,在2016年7月出版的《细胞研究》(Cell Research)发表题为《酵母细胞质RNA外切体复合物的冷冻电镜结构》(CryoEM Structure of Yeast Cytoplasmic Exosome Complex)的研究论文。该实验室曾于2009年和2014年分别在PNAS和NSMB杂志上报道十亚基RNA外切体Exosome复合物的多构象负染结构以及其内部的多条RNA降解通路等研究成果。本论文承前拓展,揭示了在酵母细胞质中内源性外切体复合物(Exo-Ski7)的RNA-free和RNA-bound两种构象,并报道了分辨率分别为4.2埃和5.8埃的冷冻电镜三维结构。

  清华柴继杰研究组等发现调控植物根干细胞生...

  5月27日,清华大学柴继杰研究组与北京大学郭红卫教授研究组合作,在《细胞研究》上发表论文《模式序列指引下发现调控植物根分生组织生长的肽激素受体》(Signature motif-guided identification of receptors for peptide hormones essential for root meristem growth),揭示了植物重要肽类激素-根分生组织生长因子(RGFs)的受体是位于植物细胞膜表面的五个受体激酶RGFRs,另一类受体激酶SERKs作为共受体参与RGF信号的传递,阐明了RGF的识别和受体激活的分子机制,并提出了植物小肽激素受体识别密码。

  朱听与刘磊课题组合作揭示合成镜像遗传信息...

  5月16日,生命学院朱听课题组与化学系刘磊课题组合作在《自然·化学》(Nature Chemistry)杂志在线发表了题为“合成镜像生物分子系统实现遗传信息复制与转录”的论文。该论文首次通过化学合成镜像聚合酶实现了中心法则中DNA的复制与转录这两个关键步骤。Nature在线新闻同步报道并评述了该研究。

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