Nature| 碧云天助力人类早期胚胎染色体结构动态变化研究

人类个体发育从精卵结合形成受精卵开始,经历早期胚胎发育过程,由一个细胞逐渐分裂分化形成含有上百种细胞类型、多种器官的复杂有机体。

染色体三维结构是重要的表观遗传因素,在基因的表达调控中扮演重要角色。染色体三维结构的动态变化影响着细胞功能的发挥、疾病的发生等。研究染色体三维结构在人类精子及早期胚胎中的动态变化和调控分子对于深入理解人类胚胎发育有重要的理论和临床意义。

然而,染色体结构在人类胚胎发生过程中的动态变化及调控分子,一直以来是未被解决的科学问题。此外,精子在形态和功能上与其他终末分化的细胞也截然不同,染色体在人类精子中如何压缩折叠还并不清楚。

2019年12月5日,《Nature》杂志刊发了中国科学院北京基因组所研究员刘江团队与中国科学院院士、山东大学附属生殖医院教授陈子江团队合作研究成果“Key role for CTCF in establishing chromatin structure in human embryos”,该研究首次揭示了人类早期胚胎中的染色体三维结构的动态变化,并发现CTCF蛋白对于早期胚胎发育中拓扑相关结构域(TAD结构)有着重要的调控功能,为进一步揭示人类胚胎发育机制提供了理论基础。

以往研究表明,基因组染色体的三维结构由拓扑相关结构域(TAD)基本单元构成。TAD 结构的一个重要功能是促成基因调控的独立区域形成,从而影响染色体发挥表观遗传修饰等功能。

研究团队发现,与小鼠精子不同,在成熟的人类精子中没有TAD结构,并且没有检测到染色质调节蛋白CTCF。进一步研究显示,受精后,胚胎中TAD结构非常模糊,在后续的胚胎发育中染色体逐渐建立清晰的TAD结构。此外,A/B区室化在2细胞阶段的人类胚胎中消失,并在胚胎发生过程中重新建立。

值得注意的是,在人类早期胚胎中阻断合子基因组激活(ZGA)可以抑制TAD结构的建立,而不能抑制小鼠或果蝇胚胎中的TAD。研究团队进一步分析发现,CTCF蛋白在ZGA之前表达量非常有限,在观察到TAD结构出现的ZGA阶段,CTCF蛋白表达量则会迅速上升。

注意到这一现象后,研究团队在胚胎中敲低CTCF蛋白,发现可以导致TAD结构显著变弱。这表明,ZGA过程中,CTCF蛋白的表达对于人类早期胚胎的TAD结构建立至关重要。

论文指出,该研究首次揭示了人类早期胚胎中的染色体三维结构的动态变化,并发现CTCF蛋白对于早期胚胎发育中TAD结构的重要调控功能,为进一步揭示人类胚胎发育机制提供了理论基础。

本研究中,使用免疫荧光技术验证了CTCF蛋白在胚胎发育各阶段及敲除CTCF基因前后表达量的变化。在这一实验过程中,使用了碧云天的免疫荧光染色试剂盒-抗兔Alexa Fluor 488 (Beyotime, P0176)DAPI (Beyotime, C1002)

Immunofluorescence of CTCF in human embryos (n = 2–3). Scale bar, 40 μm

碧云天的免疫荧光染色试剂盒(Immunol Fluorescence Staining Kit)系列是碧云天开发的用于细胞或组织切片免疫荧光染色的试剂盒。

在有适当的一抗检测特定的目标蛋白时,就可以使用免疫荧光染色试剂盒检测到红色、绿色或蓝色等荧光。试剂盒内除荧光标记的抗体外,还提供含有荧光标记抗体稳定剂的免疫荧光染色二抗稀释液及抗荧光淬灭封片液,方便抗体的保存和减缓实验过程中的荧光淬灭。

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C1006 DAPI染色液 50ml
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论文链接:
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1812-0 Key role for CTCF in establishing chromatin structure in human embryos