科学广州生物院等揭示体细胞重编程染色质动态变化规律,我国科学家揭示体细胞重编程染色质动态变化规律

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我国科学家揭示体细胞重编程染色质动态变化规律
中科院广州生物医药与健康研究院姚红杰课题组与同济大学江赐忠课题组合作,揭示了体细胞重编程染色质的动态变化规律。相关成果日前在线发表于《科学报告》。

12月7日,Scientific
Reports
在线发表了中国科学院广州生物医药与健康研究院姚红杰课题组与同济大学教授江赐忠课题组相关人员的合作研究成果Dynamically
reorganized chromatin is the key for the reprogramming of somatic cells
to pluripotent cells

核小体作为染色质的基本功能单位,主要由组蛋白八聚体及缠绕在组蛋白八聚体上的核心DNA序列组成。组蛋白上能发生关键的表观遗传修饰,进而调控特定基因的表达。以往研究描绘了全基因组范围内的核小体定位图谱,但对体细胞重编程过程中核小体的动态变化及对基因表达调控的影响研究较少。

科学,2006年,日本科学家Yamanaka成功利用四个转录因子Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc将小鼠胚胎成纤维细胞诱导成多能性干细胞。在MEF细胞重编程为iPS细胞的过程中,细胞内的表观遗传信息发生巨大的变化。核小体作为染色质的基本功能单位,主要由组蛋白八聚体及缠绕在组蛋白八聚体上的146
bp的核心DNA序列组成。组蛋白上能发生关键的表观遗传修饰(如甲基化、乙酰化和泛素化等),进而调控特定基因的表达。以往的研究描绘了线虫、人等全基因组范围内的核小体定位图谱,然而,对于体细胞重编程过程中核小体的动态变化及对基因表达调控的影响的报道还较少。

研究人员利用MEF、pre-iPSC和iPSC重编程三个阶段的细胞作为模型,描绘了重编程过程中核小体定位及组蛋白修饰的动态变化及对基因表达的影响。他们惊奇地发现,在体细胞重编程过程中,pre-iPS细胞的染色质最为开放。

姚红杰课题组与江赐忠课题组合作,利用MEFs、pre-iPSCs和iPSCs三个阶段的细胞作为研究模型,系统地描绘重编程过程中核小体定位及组蛋白修饰的动态变化及对基因表达的影响。该研究成果发现在体细胞重编程过程中,pre-iPS细胞的染色质最为开放,其开放程度为pre-iPSCs”iPSCs”MEFs。全基因组范围内核小体定位的情况为:pre-iPS细胞的核小体fuzziness最小,为26
bp;MEF细胞和iPS细胞的核小体fuzziness分布相近。在重编程过程中,不同组蛋白甲基化修饰(H3K4me3/H3K27me3/H3K9me3)在基因的启动子区发生明显有规律的动态变化,而这种变化和基因的表达水平密切相关。最后,在pre-iPS细胞转化为iPS细胞的过程中,维生素C能够显著影响核小体及组蛋白甲基化修饰(H3K4me3/H3K27me3)在重编程相关基因启动子区的重定位。

研究人员表示,在重编程过程中,核小体及不同组蛋白甲基化修饰在基因的启动子区发生有规律的动态变化,这和基因表达水平密切相关。最后,在pre-iPS细胞转化为iPS细胞的过程中,维生素C能够显着影响核小体及组蛋白甲基化修饰在重编程相关基因启动子区的重定位。

相关成果得到国家自然科学基金委、科技部、中国科学院、广东省、广州市科技项目的资助。

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