研究人员发现了有关DNA在早期胚胎细胞内空间组织的重要新信息。当胚胎在受精后首次形成时，每个细胞都有能力发展成身体中任何类型的细胞。研究团队重点关注在这些早期发展阶段发生的DNA独特空间安排。来自Kind团队的研究小组在理解早期胚胎细胞内DNA的空间结构方面取得了显著进展。胚胎在受精后形成时，细胞具有分化为体内任何细胞类型的能力。他们的研究集中在这些早期发育阶段的DNA组织特征上。研究结果于2024年9月16日在《自然遗传学》上发表。
我们身体中的每个细胞都携带相同的DNA。这段DNA包含作为构建细胞运作必需的蛋白质蓝图的遗传信息。尽管共享相同的DNA，细胞仅激活其中的某些部分，从而导致不同类型细胞的发展，执行不同的功能。这在胚胎形成期间尤为关键，因为每个新形成的细胞都有潜力演变为任何细胞类型，如大脑细胞或胎盘细胞。
细胞核内的DNA排列
DNA位于细胞核中，折叠成活跃和非活跃区域。通常，位于细胞核边缘的DNA区域更为密集且非活跃。这种空间排列至关重要，因为它决定了哪些DNA区域是活跃的，且在不同细胞类型之间有所不同，例如血细胞和脑细胞。在具有特定功能的细胞中，DNA的某些部分会在细胞核内改变其包装和排列，从而激活或停用特定基因。这些调整定义了哪些基因被表达并塑造了细胞的身份。影响基因活性的过程集合而不改变DNA本身被称为细胞的表观基因组。尽管研究人员广泛探讨了DNA的空间组织，但在胚胎发育早期阶段这种组织的初步建立仍然相对不明确。
早期胚胎中的独特DNA排列
为了深入了解胚胎发育，研究人员旨在调查表观基因组如何影响DNA组织。在之前的一项研究中，Kind团队揭示，在胚胎形成的早期阶段，靠近细胞核边缘的DNA区域的位置明显不同寻常。这种不同寻常的位置可能澄清了这些初始细胞在转变为各种细胞类型时的灵活性。研究的共同第一作者伊莎贝尔·盖雷罗表示：“我们的目标是确定导致DNA区域在哺乳动物发育初期阶段靠近核边缘异常定位的因素。这通常是有挑战性的，因为我们只能从早期胚胎中收集有限的细胞。”为了进行分析，团队采用了他们之前建立的技术，这使他们能够检查单个早期胚胎细胞中的空间DNA组织。
早期胚胎中独特DNA组织的原因
利用这些被称为scDam&T-seq和EpiDamID的先进技术，研究人员发现未靠近核边缘的DNA区域显示出DNA包裹的特定蛋白质中的一种修饰水平升高。“这表明这种修饰的存在阻止了DNA区域向核边缘迁移，”盖雷罗解释道。“但是，决定DNA区域位置的并不仅仅是这种蛋白质修饰的存在。我们发现‘排斥’蛋白修饰与DNA序列本身对核边缘的内在吸引之间的相互作用在塑造早期胚胎细胞核中不寻常的DNA排列方面起着关键作用。”
胚胎发育的洞察
研究人员确定了影响早期胚胎细胞核内DNA非传统空间组织的关键因素。这些发现标志着在理解健康胚胎发育及这些细胞如何分化为多种细胞类型的过程中取得了重要进展。盖雷罗强调：“揭示构成早期胚胎特征的独特核结构的机制可能会增强再生医学中的策略，并改善人类体外受精的结果。”
