上海生科院合作揭示受精卵DNA去甲基化重要機制

　　9月11日，國際學術期刊《細胞—干細胞》（Cell Stem Cell）在線發表了中國科學院上海生命科學研究院生物化學與細胞生物學研究所徐國良研究組、李勁松研究組和北京大學生命科學學院生物動態光學成像中心湯富酬研究組的最新研究成果Active and Passive Demethylation of Male and Female Pronuclear DNA in the Mammalian Zygote，該研究發現小鼠早期胚胎中母源和父源基因組在單細胞的受精卵階段均會發生大規模的DNA主動和被動去甲基化，并且DNA雙加氧酶Tet3介導了主動去甲基化的發生，而糖苷酶TDG并不參與該過程。

　　精子和卵細胞的表觀遺傳組（epigenomes）具有十分顯著的差別，其中精子具有很高水平的DNA甲基化，而卵細胞的DNA甲基化水平相對較低。受精后，精子和卵細胞都會經歷一系列DNA甲基化組的重編程，從而建立起早期胚胎的發育全能性。傳統觀念認為受精后父源基因組DNA會經歷大規模的主動去甲基化，而母源基因組DNA會伴隨著卵裂的進行發生被動去甲基化。徐國良研究組與李勁松研究組以往的研究表明，DNA雙加氧酶TET負責5-甲基胞嘧啶（5mC）的氧化，并且其氧化產物5-醛基胞嘧啶（5fC）和5-羧基胞嘧啶（5caC）會被糖苷酶TDG特異性識別并切除，從而實現DNA的主動去甲基化。但TET-TDG介導的主動去甲基化途徑是否在受精卵中起關鍵作用還需要進一步的研究。

　　 徐國良研究組、李勁松研究組與北京大學湯富酬研究組合作，利用最近發展的單細胞簡并代表性甲基化測序（scRRBS）、發夾DNA甲基化測序（hairpin BS-seq）以及測定5fC/5caC的MAB-Seq（M.SssI-Assisted Bisulfite Sequencing）等單堿基分辨率的DNA甲基化等幾種表觀修飾分析技術，結合Tet3和Tdg生殖系選擇性敲除的小鼠模型，對受精卵中母源和父源基因組DNA去甲基化的分子機制進行了系統的研究。該研究表明，受精卵中的母源和父源基因組除了通過DNA復制這一途徑進行被動去甲基化外，母源基因組和父源基因組一樣，也會發生全基因組范圍的主動去甲基化。在發生主動去甲基化的區域，5mC會被未修飾的胞嘧啶（Cytosine）取代，而幾乎沒有高級氧化產物5fC/5caC的殘留。雖然DNA雙加氧酶Tet3介導了這一主動去甲基化過程的發生，但5fC /5caC的清除并不依賴于糖苷酶TDG，暗示在Tet3介導的5mC氧化途徑的下游存在著其它蛋白負責5fC/5caC等氧化產物的清除，實現DNA的主動去甲基化。

　　該工作由中科院上海生科院生化與細胞所聯合北京大學生命科學學院生物動態光學成像中心共同完成，徐國良、李勁松、湯富酬為該論文共同通訊作者，郭帆、李顯龍、梁丹、李彤為該論文的并列第一作者。該工作得到了中科院、國家科技部、國家自然科學基金委、國家重大科技專項等經費的支持。

在受精卵中，父源與母源的基因組DNA都經歷由酶促氧化介導的主動去甲基化，以及隨著復制而發生的被動去甲基化。