Nature Genetics刷新旧观念:重复序列在胚胎发育起重要作用

摘要: 反转录转座子是构成几乎一半哺乳动物基因组的重复单元。尽管它们很常见,但它们以前被认为是相当微不足道的。德国亥

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反转录转座子是构成几乎一半哺乳动物基因组的重复单元。尽管它们很常见,但它们以前被认为是相当微不足道的。德国亥姆霍兹慕尼黑中心Helmholtz Zentrum München科学家和法国、美国的研究人员合作8月28日在Nature Genetics在线发表文章表明,反转录转座子在胚胎发育中发挥着重要的作用。


研究人员研究了所谓LINE1(L1)的重复单元。L1是在哺乳动物中最丰富的反转录转座子家族。负责这项研究的亥姆霍兹慕尼黑中心表观遗传学研究所干细胞主任Maria Elena Torres-Padilla博士说:“我们已经知道L1重复单元在胚胎早期发育过程中被高度表达,所以我们想知道这种转录在早期胚胎发生的过程中是否重要。”


研究人员在实验模型中观察到L1的表达,在胚胎只有2个细胞时观察到峰值,然后随着胚胎附着于母体子宫表达减少。这些阶段是成功妊娠的关键。为了了解L1元件的重要性,他们使用人工设计的转录因子(如TALE, transcription activator-like effector)来阻止或促进胚胎中L1的表达。



TALE来促进胚胎中L1的表达


TALE来阻止胚胎中L1的表达


该文章的第一作者Joanna Jachowicz博士解释:“我们发现,过多或过少的L1表达导致发展停滞。这意味着,反转录转座子表达的精确时间和水平对于胚胎发育是关键的。”


出乎意料的是,科学家们发现,这个调控背后的机制是独立于转录编码和反转录转座的,就是这些元件能“跳”到基因组其它部分的能力。研究人员转而关注染色质发现:L1的表达使染色质更加开放,而阻止L1的表达使染色质更加紧密


Torres-Padill博士说:“这些结果确定了转座子在早期发育时塑造染色质“景观”中必要的新角色。以前认为反转录转座子的激活是受精后染色质重塑发生时一个的简单副作用,这个过程被称为表观遗传重组。我们的研究表明,L1元件在调节染色质可接近性(accessibility)方面有特殊的作用,而这又是正确的发育程序中所必需的。这项研究对于在生命的最初阶段为大量哺乳动物基因组分配一个角色具有重要意义。”


在将来,科学家还会探索这个过程并进一步探讨其它的转座因子是否具有相似的功能。Torres-Padill博士补充道:“我们研究的总体目标是理解胚胎早期发生的过程。这是一个非常迷人的发育阶段,因为身体的所有细胞类型都是由受精后的单个细胞产生的。”这在再生医学领域尤其重要,其目的是在培养皿中创建不同的细胞类型和器官用于治疗。

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参考资料:1)LINE-1 activation after fertilization regulates global chromatin accessibility in the early mouse embryo

2)Repetitive elements shape embryonic chromatin landscape


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