近日，中國科學院北京基因組研究所（國家生物信息中心）劉江研究組、山東大學陳子江院士團隊及中國科學院生物物理所田勇研究組合作，在Cell Discovery 雜志上發表了題為“Dynamics of histone acetylation during human early embryogenesis”的研究論文，揭示組蛋白乙酰化在人類早期胚胎發育中的重編程規律及作用。

　　合子基因組激活（zygotic genome activate, ZGA）是早期胚胎發育中的一個關鍵生物學事件，它代表著合子基因組從沉默向活躍轉錄狀態的轉變。表觀遺傳重編程在合子基因組激活中發揮著重要作用。例如，人類的合子基因組激活發生在8-細胞時期。大量基因的啟動子在4-細胞階段呈染色質關閉狀態，但在8-細胞階段轉變為開放狀態，與人類合子基因組激活相關聯。組蛋白乙酰化修飾H3K27ac往往標記細胞內活躍的增強子，調控基因的細胞或時期特異性表達。在人類合子基因組激活過程中，H3K27ac的重編程規律及作用目前并不清楚。另外，活躍的逆轉座子可隨機插入基因組中引發基因組突變，所以它們在成熟細胞中往往處于轉錄沉默狀態。但是，在人類早期胚胎中許多人類特異的逆轉座子呈現活躍轉錄的狀態，其表達調控的機制目前并不清楚。為了回答上述問題，研究團隊合作繪制了人類早期胚胎從2-細胞階段到囊胚及6周階段的H3K27ac圖譜，探究了H3K27ac在人類胚胎合子基因組激活及轉座子活化中的作用。

　　雖然H3K27ac信號在絕大部分細胞中呈現尖峰模式，但在人類合子基因組激活前的2-細胞和4-細胞胚胎里則呈現非典型的寬峰模式（如圖）。這種H3K27ac寬峰在小鼠受精卵里也被檢測到，說明這是一種物種保守的現象。在小鼠受精卵中，大部分的H3K27ac寬峰是在受精后重新建立的。H3K27ac寬峰信號在8-細胞階段轉變成典型的尖峰模式，提示H3K27ac寬峰的去除可能參與ZGA（如圖）。在組蛋白去乙酰化酶HDAC敲低的人類8-細胞胚胎中，H3K27ac寬峰信號的去除被阻滯，同時ZGA被破壞，證實HDAC參與H3K27ac寬峰的擦除及ZGA。

　　人類早期胚胎中活躍表達的逆轉座子上富集H3K27ac信號。組蛋白乙酰轉移酶P300敲低的桑椹胚中，H3K27ac信號顯著下調，同時大量基因和逆轉座子的表達水平明顯下降，提示H3K27ac信號與早期胚胎里轉座子的活躍表達密切相關。這種現象在小鼠早期胚胎里也可以觀察到。有意思的是，雖然不同類型的組蛋白乙酰化都在小鼠早期胚胎的逆轉座子上呈現富集分布，但是在ERVKs這類逆轉座子上顯著富集H3K27ac和H3K18ac，而非H3K9ac。這一結果提示不同類型的轉座子可能具有不同的轉錄激活機制。

　　綜上所述，人類早期胚胎中H3K27ac在ZGA前呈寬峰模式，H3K27ac的動態變化與ZGA和轉座子活躍轉錄密切相關。吳克良教授和范東東為本文共同第一作者，劉江研究員、陳子江院士、田勇研究員和高磊副研究員為本文的共同通訊作者。該研究得到中國科學院先導項目、國家重點研發計劃、國家自然科學基金委和中國科學院青年創新促進會等項目的資助。

　　論文鏈接

H3K27ac在人類早期胚胎中的重編程規律及作用