摘要：体细胞核移植（somatic cell nuclear transfer, SCNT）技术，又称克隆技术，通过将终末分化的体细胞核注入去核的卵母细胞获得重构胚胎，从而实现细胞全能性获得的重塑。然而，核移植胚胎发育潜能的低下仍然是该项技术广泛应用的主要阻碍。在细

体细胞核移植（somatic cell nuclear transfer, SCNT）技术，又称克隆技术，通过将终末分化的体细胞核注入去核的卵母细胞获得重构胚胎，从而实现细胞全能性获得的重塑。然而，核移植胚胎发育潜能的低下仍然是该项技术广泛应用的主要阻碍。在细胞从终末分化到全能性状态的转变过程中，必然经历复杂且剧烈的表观遗传修饰重编程。因此，深入解析核移植胚胎发育过程中表观修饰的重编程机制及多种修饰之间的相互调控网络，能够为修复核移植胚胎中的表观修饰异常并提高核移植效率提供重要的理论依据。

近日，上海市第一妇婴保健院特聘教授高绍荣院士，转化医学中心李翀副研究员团队在Protein & Cell（IF：13.6）杂志上发表题为Setd2overexpression rescues bivalent gene expression during SCNT-mediated ZGA的研究论文。该研究首次描绘了小鼠体细胞核移植胚胎发育过程中组蛋白H3K4me3和H3K27me3修饰的动态变化图谱，揭示了二价修饰（即同时被H3K4me3和H3K27me3修饰所标记）的异常及二价基因的表达失调。研究进一步解析了Setd2作为组蛋白H3K36me3修饰的甲基转移酶，如何在核移植胚胎发育过程中对多种组蛋白修饰进行层级调控，为提高核移植效率提供了新思路。

科研人员首先利用前期完善的超低细胞起始量染色质免疫共沉淀技术收集了小鼠核移植胚胎植入前发育各阶段的样本，分别进行了组蛋白H3K4me3和H3K27me3修饰的数据收集，绘制了这两种修饰的动态变化图谱。通过与同时期自然受精卵数据进行比较，发现H3K4me3修饰在全基因组的异常存在于2-细胞期及之前的发育时期，而H3K27me3修饰在全基因组的异常则存在于整个核移植早期胚胎发育过程中。

进一步的研究发现，与自然受精卵相比，核移植胚胎在2-细胞阶段的合子基因组激活时期，组蛋白H3K4me3和H3K27me3修饰在启动子区均出现了异常的过度富集。核移植胚胎2-细胞期被宽峰H3K4me3修饰标记的基因数量显著多于同时期自然受精卵，并且这些基因的表达水平明显高于同时期自然受精卵。通过在核移植胚胎中加入组蛋白H3K4me3修饰的小分子抑制剂WDR5-0103，显著提高了核移植胚胎的囊胚率和植入率，同时成功修复了因H3K4me3过度建立而引起的基因表达异常。

研究还发现，在核移植胚胎发育的合子基因组激活时期，二价修饰也存在过度建立的现象，这一现象主要由H3K27me3修饰的异常建立所引起，且二价基因表达水平显著低于同时期自然受精卵，这些基因多与合子基因组激活的正常进行相关。通过互斥性分析，作者发现在核移植胚胎2-细胞期组蛋白H3K36me3修饰分别与H3K4me3和H3K27me3修饰呈互斥分布，且H3K36me3修饰的水平明显低于同时期自然受精卵。为了探究核移植胚胎中二价修饰的异常是否与H3K36me3修饰的建立不足相关，作者在核移植胚胎中过表达了H3K36me3的甲基转移酶Setd2。结果显示，Setd2的过表达在不同程度上修复了H3K4me3、H3K27me3和H3K36me3修饰的异常，并且通过在合子基因组激活相关的二价基因的基因体区重建H3K36me3修饰，同时排除其启动子区的H3K27me3修饰，恢复其表达水平，最终显著提高了核移植的囊胚率。

这项研究揭示了核移植胚胎发育过程中组蛋白H3K4me3和H3K27me3修饰的重编程缺陷对基因表达的影响。通过过表达Setd2，多种组蛋白修饰的异常都得到了不同程度的修复，与胚胎发育相关的基因表达恢复到了与自然受精卵相当的水平，最终核移植效率得到显著提升。该项研究不仅阐明了核移植胚胎发育过程中表观修饰异常的分子机制，并为多种组蛋白修饰和转录因子之间的互作提供了新的见解，同时为提高核移植效率提供了新思路。

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| 供稿：科研部

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来源：上海市第一妇婴保健院