《細胞》重磅！中國科學家解讀指揮人類胚胎基因表達「編程語言」，揭開人類胚胎髮育激活機制

由左至右分別為劉江、陳子江、劉見橋

人類的生命從受精卵開始，一個受精卵如何發育成含有36個重要器官的複雜有機體，是生命科學最大的難題之一。日前，中科院北京基因組研究所劉江團隊與山東大學附屬生殖醫院陳子江團隊、廣州醫科大學劉見橋團隊共同合作，在國際上首次研究了人類胚胎基因組的激活機制，揭示了人類胚胎進行有序基因表達、發育進化的奧秘。相關研究成果於3月9日發表於著名國際期刊《細胞》，論文題為「Chromatin Accessibility Landscape in Human Early Embryos and Its Association with Evolution」。

劉江研究員表示：「人受精之後大約有兩天的時間非常特殊，這段時期的細胞和人類其他時期所有細胞都有巨大差異，這段時間的胚胎幾乎沒有基因表達。如何讓人的基因開始表達，哪些基因會先表達、哪些基因後表達，一直以來都是研究的難點。」此前研究表明，發育的進行需要基因按照設定的程序，在特定的時間和特定的地點有序地表達，而基因表達錯誤則會導致新生兒的畸形和發育缺陷。因此，了解人類基因表達對預防出生缺陷、保證人口健康有著重要的意義。

在這項最新研究中，研究團隊克服了研究資料缺乏的難題，建立了微量細胞的研究方法。通過DNA酶I超敏位點（DHS，DNase I hypersensitive site）測序技術，研究團隊在國際上首次研究了人類細胞基因組的激活機制，報道了人類早期胚胎髮育過程中染色質開放性逐步建立的過程，找到了啟動人類基因組表達的關鍵分子。研究發現，細胞設定程序會讓老基因的調控開關最先被打開，所以在進化歷史中，最先出現的基因會先表達，而最後出現的基因往往會後表達。還特別指出，人類胚胎合子基因組激活（zygotic genome activation，ZGA）過程中轉錄因子OCT4是必須的而小鼠中則是非必需。

此外，該研究還從發育進化的角度來理解人類早期胚胎髮育中基因和轉座子的表達調控，具有重要的意義。研究發現，人類活性轉座子SVA和HERV-K含有DHS，並且只在早期胚胎中高度表達，其產生的基因突變能夠更有效地傳遞到後代中，從而引起人類的進化，揭示了人類進化的一個重要新機制。可以說，這一成果不僅打開了人類認識基因表達的大門，還將為人類的優生優育提供重要的理論基礎。

研究亮點

1. DHS場景（DHS landscape）是在人類胚胎髮育過程中逐漸建立起來的；

2. OCT4對人類的合子基因組激活起作用，但在小鼠中沒有；

3. 較年輕的基因在後期建立DHS，而較老的基因則相反；

4. 人類轉座子SVA/HERVK含有DHSS並在胚胎中特異表達

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