清華頡偉組和同濟高紹榮組在《自然》發表「背靠背」論文，揭示早期胚胎發育的表觀
遺傳圖景——附哈佛大學張毅教授課題組陸發隆博士特別評論
文：賈小方、BioArt 點評：陸發隆（哈佛大學）
隨著
表觀遺傳學的生化方面的機制研究得日益透徹，其生物學意義也在不斷擴展，在諸如
幹細胞、免疫、神經、疾病模型和
腫瘤等領域也成為最熱門的交叉領域。然而在早期胚胎發育方面，雖然人們對這一主題很感興趣，但是受制於細胞數量極為有限而一直缺乏系統深入的研究。另外，表觀遺傳信息如組蛋白修飾是否能夠真正在親代與子代間
遺傳仍然知之甚少。
9月15日清華大學生命科學學院頡偉和醫學院那潔研究組、同濟大學高紹榮實驗室分別在《自然》雜誌（Nature）發表「背靠背」的研究論文（清華方面，頡偉研究員和那潔研究員為文章共同通訊作者；同濟方面，高紹榮教授、高亞威副教授和張勇教授為文章共同通訊作者）。隨後，頡偉研究組還於9月16日在《分子細胞》雜誌（Molecular Cell）發表研究論文《組蛋白修飾重編程重塑表觀記憶》（Resetting
EpigeneticMemory byReprogramming of Histone Modifications in Mammals）。
國內發表的三篇論文截圖
此外非常值得一提的是，《Nature》同期還發布了第三篇類似於頡偉組和高紹榮組的文章，巧合的是頡偉老師博後期間的導師任兵教授是這篇文章的共同通訊作者，另外兩位通訊作者是來自挪威奧斯陸大學的Arne Klungland和John Arne Dahl。和高紹榮組的論文一樣，任冰和Arne Klungland、John Arne Dahl等的論文也發現了早期胚胎的基因組中啟動子區的在基因組激活後存在大量「寬廣的」 (broad)H3K4me3修飾區域。此外，除了檢測H3K4me3修飾的動態變化，還檢測了H3K27ac修飾，相比之下，從卵細胞到2細胞期胚胎的發育過程中H3K27ac修飾在基因組的覆蓋顯著的增加。
任兵教授作為通訊作者之一的《Nature》文章截圖
鑑於《Nature》同時在線發表了3篇類似的工作，同時在線發表的還有一篇評論《發育生物學：早期表觀基因組的全景展望》（Developmental biology： Panoramic views of the early epigenome），作者是法國CNRS和德國亥姆霍茲研究所的Maria-ElenaTorres-Padilla和馬普分子醫學研究所的Juan Vaquerizas。評論指出，這三篇文章，加上6月份頡偉組在Nature發表的論文，共同展示了受精後及胚胎發育早期組蛋白修飾的變化細節，以及染色質開放程度對基因表達的調節，和表觀
遺傳信息是怎樣在親代和子代之間傳遞的。
《Nature》配發的評論文章截圖
今年6月，頡偉研究組剛剛在Nature發表過重磅長文（Article），利用少量細胞的進行ATAC-seq，研究了著床前胚胎染色質的開放狀態，BioArt曾予以報導（清華頡偉組在《自然》長文報導哺乳動物著床前胚胎染色質動態調控圖譜）。這次頡偉組的《Nature》論文題為《哺乳動物早期發育中組蛋白修飾H3K4me3的親本特異重編程》（Allelic reprogramming of the histonemodification H3K4me3 in early mammalian development）。高紹榮實驗室的《Nature》論文題為《植入前胚胎中H3K4me3和H3K27me3染色體區域的不同特徵》（Distinct features of H3K4me3 and H3K27me3chromatin domains in pre-implantation embryos）。加上頡偉組的《Molecular Cell》論文，這三篇論文首次從全基因組水平上揭示了小鼠從配子到植入前胚胎發育過程中組蛋白修飾H3K4me3和H3K27me3遺傳和重編程的模式和分子機制，頡偉組的Nature論文還首次報導了哺乳動物組蛋白修飾是否能從父代和母代分別
遺傳到子代，以及如何傳遞的模式。
今年6月，頡偉課題組在《Nature》發表長文（Article）的截圖
受精之後，父源和母源的基因組要進行廣泛的表觀
遺傳重塑以適應胚胎發育的需要。組蛋白的轉錄後修飾直接調控了基因表達的激活和沉默。過去的研究，局限於使用抗體進行免疫螢光染色對組蛋白修飾在早期胚胎發育過程中的變化進行研究。雖然也看到了組蛋白修飾水平在整體上的變化，但是抗體染色的解析度顯然不能在基因組水平進行研究。能夠達到基因組水平的方法是ChIP-seq技術，也就是利用特定組蛋白修飾的抗體進行染色體免疫共沉澱並結合二代測序。但是一般的ChIP－seq都需要百萬的細胞數量，而植入前胚胎的細胞量很少，因此傳統的ChIP-seq技術是不可能的。
比較這兩篇論文我們可以看到，兩個研究小組都開發了新的可以用極少量細胞進行ChIP-seq的新技術。他們都用基於MNase digestion的native ChIP取代需要交聯的xChIP。頡偉組結合他們去年發表的一種新型的建庫技術(TELP)，開發出 STAR ChIP-seq。而高紹榮研究組利用並改進了Matthew Lorincz實驗室2015年發表的適用於低起始量細胞的ULI-NchIP （ultra-low-input micrococcal nuclease-based native ChIP）
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