Cell Stem Cell：中南大学林戈等揭示不同亲本对人类植入前发育的影响

来源：iNature

人类胚胎的发育始于卵细胞与精子的融合，随后的一系列裂解与母体转录物的降解以及在发育的前三天中胚胎基因组的激活同时发生。紧接着胚形成桑葚胚，然后形成胚泡，胚泡由滋养外胚层和内细胞团组成。由于技术上的困难和研究材料的缺乏，涉及人类早期胚胎发育的研究受到了限制。

2019年10月3日，中南大学林戈，北京协和医学院蒋太交及华大基因xufengping共同通讯在Cell Stem Cell 在线发表题为“Single-Cell Transcriptome Analysis of Uniparental Embryos Reveals Parent-of-Origin Effects on Human Preimplantation Development”的研究论文，该研究系统地从1细胞到桑葚胚阶段分析了人类双亲和单亲胚胎的单细胞转录组。

该研究观察到单亲胚胎表现出可变和减少的胚胎基因组激活（EGA）。比较转录组分析在植入前阶段鉴定出807个母本偏向表达基因（MBG）和581个父本偏向表达基因（PBG）。MBGs在4细胞阶段变得明显，并有助于EGA的启动，而PBGs在8细胞阶段优先出现，并可能影响胚胎的致密性和滋养外胚层规格。监管网络分析显示，DUX4，EGR2和DUXA是MBG表达中的关键转录因子。ZNF263和KLF3对于PBG的表达很重要。总而言之，该研究结果为了解父母的基因组激活提供了宝贵的资源，并可能有助于阐明人类早期发育中的父母起源效应。

人类胚胎的发育始于卵细胞与精子的融合，随后的一系列裂解与母体转录物的降解以及在发育的前三天中胚胎基因组的激活同时发生。紧接着胚形成桑葚胚，然后形成胚泡，胚泡由滋养外胚层和内细胞团组成。由于技术上的困难和研究材料的缺乏，涉及人类早期胚胎发育的研究受到了限制。单细胞RNA测序（RNA-seq）技术的最新进展为人类胚胎发生的基础转录程序提供了重要信息。这些研究表明，人单细胞胚胎已经具有转录能力。但是，大多数胚胎基因组激活（EGA）发生在4和8细胞阶段之间。

此外，最近的报道表明，先驱转录因子包括DUX4，OCT4，NFYA和LEUTX可能通过激活数百个早期胚胎基因组激活（EGA）基因来启动EGA。

双亲和单亲胚胎中的时间基因表达模式

尽管已经在小鼠和早期人类胚胎中探索了阶段特异性基因表达模式及其上游调控，但是在植入前发育过程中，各自母本和父本基因组在转录程序中的功能仍不清楚。孤雄生殖（AG）和孤雌生殖（PG）胚胎分别拥有两个父本或母本基因组，为研究发育提供了有用的工具。先前的研究表明，父本和母本对哺乳动物胚胎基因组的贡献是不相等的，并且仅来自两个亲本性别之一的二倍体基因组不能支持完整的胚胎发生。PG胚倾向于分化成胚细胞，而AG胚优先分化成滋养细胞。认为AG和PG胚胎的发散特征是由仅从母本或父本等位基因表达的印迹基因引起的。

单亲基因组对植入前发育的影响

在成年细胞中，某些基因表现出等位基因特异性表达（ASE）的“原产地”效应已广为人知。然而，对植入前胚胎中等位基因表达的一般模式知之甚少。单细胞RNA-seq可以进行碱基分辨率分析，而不会受到细胞群体异质性的任何混杂影响。使用SNP分析，研究人员确定了大约850–1,400个转录本在人类早期胚胎中表现出“原产地”表达。

但是，最近的证据表明，mRNA的随机丢失大大增加了对等位基因表达的估计。因此，严格的控制或其他方法对于单个细胞中准确的等位基因表达分析至关重要。在本研究中，研究人员使用单细胞RNA测序对双亲（BI）和单亲胚胎之间的基因表达谱进行了全面比较。该研究的综合分析提供了人类植入前发育过程中母体效应的全局视图。

文章总结

为了研究亲本基因组对早期胚胎发生的贡献，该研究系统地从1细胞到桑葚胚阶段分析了人类双亲和单亲胚胎的单细胞转录组。该研究观察到单亲胚胎表现出可变和减少的胚胎基因组激活（EGA）。比较转录组分析在植入前阶段鉴定出807个母本偏向表达基因（MBG）和581个父本偏向表达基因（PBG）。MBGs在4细胞阶段变得明显，并有助于EGA的启动，而PBGs在8细胞阶段优先出现，并可能影响胚胎的致密性和滋养外胚层规格。监管网络分析显示，DUX4，EGR2和DUXA是MBG表达中的关键转录因子。ZNF263和KLF3对于PBG的表达很重要。总而言之，该研究结果为了解父母的基因组激活提供了宝贵的资源，并可能有助于阐明人类早期发育中的父母起源效应。

参考消息：

https://www.cell.com//cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(19)30389-3#%20