颠覆认知，表观遗传大牛张毅揭示DUX基因簇对于发育不是必需的

来源：iNature

原标题：Nature Genetics | 颠覆认知，表观遗传大牛张毅揭示DUX基因簇对于发育不是必需的

卵母细胞中的母体因子如何触发合子基因组激活（ZGA）是发育生物学中一个长期存在的问题。 最近对2细胞样胚胎干细胞（2C样细胞）的研究表明，DUX家族的转录因子是胎盘哺乳动物中ZGA的关键调节因子。 DUX在ZGA中的具体作用，还不是很清楚。

2019年5月27日，哈佛医学院张毅团队在Nature Genetics 在线发表题为“Loss of DUX causes minor defects in zygotic genome activation and is compatible with mouse development”的研究论文，该研究生成了Dux簇敲除（KO）转基因鼠。 出乎意料的是，发现Dux合子KO（Z-KO）和母体合子KO（MZ-KO）胚胎都可以存活到成年期，尽管显示出发育潜力降低。 此外，MZ-KO胚胎的转录组分析显示DUX的丧失对ZGA的影响最小，并且2C样细胞中的大多数DUX靶通常在MZ-KO胚胎中被激活。 因此，与DUX在诱导2C样细胞中的关键功能相反，该数据表明DUX在ZGA中仅具有次要作用，并且DUX的缺失与小鼠发育兼容。

另外，张毅及Matoba合作在Cell Stem Cell发表题为“Somatic Cell Nuclear Transfer Reprogramming: Mechanisms and Applications”的综述，该文章总结了目前对与SCNT重编程相关的细胞和分子事件的理解，张毅等人讨论表观遗传障碍和克服它们进行有效克隆的潜在方法，重点是小鼠模型。另外，还讨论了ntESCs与人类再生医学中诱导多能干细胞（iPSCs）相比的优缺点。最后，张毅等人讨论了这种改进的技术如何与CRISPR / Cas9介导的基因组编辑相结合，为现代医学做出贡献；张毅研究组及沈立研究组合作在Cell Stem Cell发表题为“Loss of H3K27me3 Imprinting in Somatic Cell Nuclear Transfer Embryos Disrupts Post-Implantation Development”的研究论文，该文章测试了使用Xist KO供体细胞与Kdm4d mRNA注射结合的组合方法是否可以提高克隆效率。研究人员表明，组合方法在不同供体细胞类型中产生非常高的克隆效率，达到20％以上。然而，许多SCNT胚胎仍然表现出植入后发育停滞，并且存活的胚胎具有异常大的胎盘，表明一些重编程缺陷仍然存在。比较甲基化组，RNA测序（RNA-seq）和染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）分析显示SCNT胚泡胚胎中异常的DNA甲基化和组蛋白H3赖氨酸27三甲基化（H3K27me3）依赖性印迹的丢失，这可能是造成这种情况的原因（点击阅读）。

在哺乳动物中，早期胚胎发育首先由卵子中的母体因子支持，然后由来自合子基因组的新转录基因支持。成功的合子基因组激活(ZGA)对于胚胎发育至关重要。在小鼠中，ZGA的主要波浪发生在2细胞阶段，该阶段激活了数千个基因和转座因子，包括ERVL家族反转录转座子。有趣的是，ERVL和ERVL连锁基因也可以在称为2C样细胞的稀有和瞬时胚胎干（ES）细胞中自发激活。由于2C样细胞在2细胞瞬时转录物的表达方面模拟2细胞胚胎,2C样细胞已成为理解胚胎干细胞全能性和早期的有用模型。然而，2C样细胞不等同于2细胞胚胎，因为在2C样细胞中诱导的基因仅代表在2细胞期胚胎中激活的小鼠ZGA基因的子集。

DUX的丢失与小鼠发育兼容

小鼠中的Dux（也称为Duxf3）及其人类同源物DUX4是在早期胚胎中在ZGA开始时被激活的双同源域基因。在小鼠中，Dux簇还包括一个名为Gm4981（也称为Duxf4）的截短变体，它缺少第一个同源域，并且早在卵子发生过程中就被转录。

DUX的丢失导致ZGA中的轻微缺陷

在人类中，DUX4的不完全沉默导致面肩肱型肌营养不良症（FSHD），其特征在于基因和重复的去抑制，例如ZSCAN4和ERVL，其仅在FSHD患者的肌细胞中的ZGA期间表达。此外，在ES细胞中，小鼠DUX可以激活ERVL家族重复序列和ERVL连锁基因，并且对于ES至2C样细胞转变是必要和充分的。这些结果表明DUX可能在小鼠ZGA和胚胎发育中起重要作用。

在2C样细胞中鉴定的大多数DUX靶标在Dux MZ-KO 2细胞胚胎中正常活化

该研究生成了Dux簇敲除（KO）转基因鼠。 出乎意料的是，发现Dux合子KO（Z-KO）和母体合子KO（MZ-KO）胚胎都可以存活到成年期，尽管显示出发育潜力降低。 此外，MZ-KO胚胎的转录组分析显示DUX的丧失对ZGA的影响最小，并且2C样细胞中的大多数DUX靶通常在MZ-KO胚胎中被激活。 因此，与DUX在诱导2C样细胞中的关键功能相反，该数据表明DUX在ZGA中仅具有次要作用，并且DUX的缺失与小鼠发育兼容。

参考信息：

https://www.nature.com/articles/s41588-019-0418-7