12月5日，《自然》雜誌刊發山東大學附屬生殖醫院教授陳子江團隊與中國科學院北京基因組研究所研究員劉江團隊合作研究成果。首次揭示了人類早期胚胎中染色體三維結構的動態變化，並發現CTCF蛋白對於早期胚胎發育中拓撲相關結構域（TAD結構）有著重要調控功能，為進一步揭示人類胚胎發育機制提供了理論基礎。
人類的DNA如果拉成一條直線約有2米長，然而細胞核的直徑卻僅有5微米至10微米，近期研究發現DNA可以通過有序的摺疊組成不同的拓撲結構域，最終形成染色質的高級結構。染色質高級結構是重要的表觀遺傳因素，與基因的表達調控密切相關。染色質結構異常會造成手指發育畸形、性別反轉、癌症發生等一系列問題，但染色質結構在配子、胚胎發育中的動態變化一直是未解之謎。因此，探究染色質三維結構在人類精子及早期胚胎中的動態變化及機制，對深入理解人類胚胎發育具有重要意義。
以往研究表明，基因組染色體的三維結構由拓撲相關結構域（TAD）基本單元構成。TAD 結構的一個重要功能是促成基因調控的獨立區域形成，從而影響染色體發揮表觀遺傳修飾等功能。
研究人員優化了染色體三維結構捕獲（Hi-C）技術，結合生物信息學分析、免疫螢光染色等手段，首次繪製了人類早期胚胎發育過程中染色體構象的圖譜。
研究發現，在人類早期胚胎發育過程中，出現了全基因組層次的染色質高級結構重編程。研究人員對精子及人類早期胚胎發育過程中的染色體結構動態變化情況進行了描繪，結果顯示，在成熟的人類精子中沒有TAD結構並且沒有檢測到染色質調節蛋白CTCF，這與在小鼠精子中的情況完全不同。受精後，胚胎中 TAD 結構非常模糊，在後續的胚胎發育中染色體逐漸建立清晰的TAD結構。
不同於小鼠胚胎和果蠅胚胎，人類早期胚胎中阻斷合子基因組激活（ZGA）可以抑制TAD結構的建立。該研究發現，CTCF蛋白在合子基因組激活之前表達量非常有限，在TAD結構出現的合子基因組激活時期表達量會迅速上升。在胚胎中敲低CTCF蛋白可以導致TAD結構顯著變弱，這表明在合子基因組激活時CTCF蛋白的表達對於人類早期胚胎的TAD結構建立至關重要。
該研究進一步揭示了人類精子和早期胚胎染色體結構的獨特性，為改善試管嬰兒技術、促進優生提供了理論基礎。對深入理解人類早期胚胎發育具有重要的理論和臨床意義，是生殖發育領域的重大突破。
此次發表的原創研究論文《CTCF在人類胚胎染色質結構構建中的關鍵作用》（Key role for CTCF in establishing chromatin structure in human embryo）在《自然》（Nature）雜誌以長文形式(Article)發表。山大生殖醫學青年泰山學者吳克良教授、青年長江學者趙涵教授是該論文的共同第一作者。
（大眾日報客戶端記者 王凱 實習生 任秀 報導）