2020-10-16 17:11 來源：澎湃新聞·澎湃號·政務
以下文章來源於iNature ，作者楓葉
iNature
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分化的體細胞可以通過體細胞核移植（SCNT）低效率地重新編程為全能胚胎。已發現組蛋白去乙醯基酶抑制劑 Trichostatin A（TSA）可以提高SCNT的效率，但其潛在機制仍不確定。
2020年10月12日，同濟大學江賜忠，高紹榮及陳嘉瑜共同通訊在Cell Stem Cell 在線發表題為「Dux-Mediated Corrections of Aberrant H3K9ac during 2-Cell Genome Activation Optimize Efficiency of Somatic Cell Nuclear Transfer」的研究論文，該研究檢查了SCNT胚胎發育過程中全基因組的H3K9ac，發現異常的H3K9ac區導致減少的2細胞基因組激活。TSA處理在很大程度上糾正了SCNT胚胎中異常的乙醯化，其效率取決於天然表觀遺傳環境。
該研究進一步發現，Dux的過表達可通過糾正其靶位上異常的H3K9ac信號，從而確保適當的2細胞基因組激活來大大提高SCNT效率。有趣的是，由DTS敲除SCNT胚胎阻礙了由TSA和Kdm4b介導的發育改善。總之，該研究表明H3K9ac的重編程對於最佳SCNT效率很重要，並確定Dux是此過程中的關鍵轉錄因子。
卵母細胞的細胞質能夠通過體細胞核移植（SCNT）重編程體細胞以恢復全能，這使得動物能夠克隆並產生核移植胚胎幹細胞。因此，SCNT在產生用於生物醫學研究的基因編輯動物模型和保護瀕危動物方面具有巨大潛力。但是，就胚泡形成和充分發育而言，克隆效率極低。最近，研究人員開發了多種方法來通過消除表觀遺傳障礙來提高SCNT效率。
將H3K9me3去甲基酶的Kdm4d或Kdm4b的mRNA注射到克隆的小鼠胚胎中可以將足月發育從不到1％提高到超過8％。組蛋白去乙醯基酶抑制劑（HDACi）， Trichostatin A（TSA）的使用可使總克隆效率從1％提高到6％。然而，仍未探索HDACi作用如何改善SCNT重編程。先前研究的結果表明，Kdm4d注射液和TSA處理的組合不能進一步提高克隆效率，這表明TSA處理的功能可能與H3K9me3的去除重疊。儘管調整表觀遺傳修飾的幹預措施可以顯著克服2細胞（2C）停滯並允許SCNT胚胎的胚泡發育與自然受精（NF）胚胎相當，但總體克隆效率仍然很低。
最近的研究表明，轉錄因子（TF）雙同源盒（小鼠中的Dux和人中的DUX4）作為陽性TF，可以激活哺乳動物胚胎基因組染色質景觀並調節2C特異性基因集的表達。此外，最近的研究確定了控制全能性的Dux-miR-344-Zmym2調控途徑。DUX4和Dux在兩個結合DNA的同源域和C端域內具有高度相似性。DUX4可以通過其C末端結構域募集組蛋白乙醯基轉移酶EP300和CBP（CREB結合蛋白），並誘導局部染色質鬆弛和附近基因的轉錄激活。DUX4和Dux的異位表達被證明可引起組蛋白H3的整體過度乙醯化。Dux在早期胚胎發育中的功能仍然難以捉摸。儘管如此，Dux已被用作在體外產生2C樣細胞的有效工具。
文章模式圖（圖源自Cell Stem Cell ）
表觀遺傳重編程在SCNT胚胎的發育中起關鍵作用。異常的H3K9me3，H3K4me3和DNA重新甲基化被證明是有效的屏障，極大地限制了SCNT胚胎的完整發育。此外，H3K27me3印跡在體細胞中的丟失阻礙了SCNT胚胎的發育。同時，SCNT後核心組蛋白上的賴氨酸乙醯化發生了巨大變化。如先前的工作所示，SCNT胚胎中的H3K9ac強度遠低於正常胚胎中的H3K9ac強度。TSA處理將SCNT胚胎的H3K9ac信號提高到與胞漿內精子注射（ICSI）胚胎相當的水平，這反過來又促進了SCNT胚胎的發育。此外，H3K9ac標誌著啟動子的活躍狀態，並直接促進RNA聚合酶II（Pol II）的轉錄延伸。但是，異常的乙醯化如何影響關鍵TF的功能並因此降低SCNT效率仍然是個謎。
在這項研究中，生成了高解析度的H3K9ac圖，該圖使用超低輸入染色質免疫沉澱再測序（ULI-NChIP），並探討了IVF / NF和SCNT胚胎在H3K9ac佔有率上的差異。該研究將SCNT胚胎中的異常乙醯化區域（AAR）確定為表觀遺傳屏障，其中包含許多對胚胎發育至關重要的基因，這些基因在SCNT胚胎中顯著下調或沉默。儘管TSA處理可以在很大程度上固定大多數AAR並提高SCNT的效率，但其作用受到供體cumulus細胞天然表觀遺傳環境的限制。有趣的是，該研究在具有高H3K9ac信號的區域中特別是在早期2C（e2C）IVF胚胎中發現了Dux的顯著富集。
引人注目的是，全長Dux mRNA的注射極大地恢復了AAR中H3K9ac的佔有率，驅動2C激活，並提高了體內外的SCNT效率。此外，Dux C末端域對於修復異常的乙醯化和促進重編程至關重要。該研究還發現，TSA和Kdm4b改善了SCNT效率，很大程度上取決於Dux。該研究確定Dux是至關重要的TF，它可以通過更準確的表觀遺傳景觀變化提高SCNT效率，並提供提高哺乳動物克隆效率的新方法。
參考消息：
https://doi.org/10.1016/j.stem.2020.09.006
來源：iNature
1980-2020
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原標題：《【學術前沿】重大進展！江賜忠/高紹榮/陳嘉瑜發現體細胞核移植低效率的潛在機制，Dux起至關重要作用》
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