清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院頡偉研究組與華中農(nóng)業(yè)大學(xué)動科動醫(yī)學(xué)院苗義良研究組合作發(fā)表了題為“關(guān)于體細胞核移植過程中染色體三維結(jié)構(gòu)的分析揭示了黏連蛋白在抑制初級合子基因激活中的作用”（Analysis of genome architecture during SCNT reveals a role of cohesin in impeding minor ZGA）的研究論文，報道了體細胞核移植過程中染色體高級結(jié)構(gòu)經(jīng)歷多步重編程過程，并且首次發(fā)現(xiàn)黏連蛋白（cohesin）可以抑制初級合子基因激活（minor ZGA）相關(guān)基因的表達。

體細胞核移植技術(shù)（Somatic cell nuclear transfer，SCNT）可以在體外高效的把終末分化的體細胞的細胞核重編程為全能性狀態(tài)。然而核移植胚胎的發(fā)育能力明顯低于正常胚胎的發(fā)育能力，提示這其中可能有表觀遺傳記憶重編程的缺陷。核移植胚胎發(fā)育過程伴隨著劇烈的染色體高級結(jié)構(gòu)的重編程。由于細胞數(shù)量和實驗手段的限制，此過程的染色體三維結(jié)構(gòu)的高分辨率的動態(tài)變化之前一直研究甚少。另外，頡偉實驗室與其他實驗室研究發(fā)現(xiàn)，早期胚胎中染色體高級結(jié)構(gòu)如拓撲結(jié)構(gòu)域（Topologically associating domain, TAD）等發(fā)生異常松散，并且該現(xiàn)象在進化中高度保守（果蠅、魚、小鼠和人類），然而其功能和機制一直是未解之謎。

在這一工作中，研究人員利用sisHi-C技術(shù)，系統(tǒng)檢測了在SCNT各個時期以及其后胚胎發(fā)育過程中染色體結(jié)構(gòu)，并和正常受精的胚胎發(fā)育進行了對比。研究者發(fā)現(xiàn)，SCNT胚胎發(fā)育體系中，這種進化保守的染色體松散也會發(fā)生，提示不管染色質(zhì)的來源如何，卵細胞質(zhì)都可以將其轉(zhuǎn)化為一個更加松散的狀態(tài)。具體來說，在SCNT過程中，體細胞的細胞核在移植后會首先進入一個類有絲分裂的狀態(tài)。與正常受精早期胚胎中TAD在1細胞大幅度松散不同，SCNT胚胎在1細胞階段具有清晰的TAD結(jié)構(gòu)，但在2細胞階段仍然出現(xiàn)了松散的TAD結(jié)構(gòu)，之后TAD又逐漸增強。從另一個維度，染色質(zhì)區(qū)室結(jié)構(gòu)（compartment）在SCNT的1細胞時期非常弱，然而之后會逐漸增強。在SCNT胚胎發(fā)育的8細胞時期之前，SCNT染色體三維結(jié)構(gòu)已經(jīng)與受精胚胎基本類似。

 同時，研究人員意外發(fā)現(xiàn)，在多能性干細胞和終端分化的細胞中敲除對拓撲結(jié)構(gòu)域的建立具有核心功能的黏連蛋白(cohesin)，不僅能夠消除TAD，而且能夠激活初級合子基因激活基因（minor ZGA），包括Zscan4等重要基因。這些基因在正常胚胎發(fā)育過程中通常先于絕大部分基因被激活，并對早期胚胎發(fā)育有重要功能，參與基因組穩(wěn)定性，端粒延長等功能。然而在SCNT胚胎這些基因不能正常表達。

研究人員發(fā)現(xiàn)，在供體細胞中提前去除黏連蛋白，可以激活minor ZGA相關(guān)基因并顯著提高SCNT的囊胚發(fā)育成功率。綜上所述，這一工作揭示了染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)在體細胞核移植中的重編程過程，并且發(fā)現(xiàn)了黏連蛋白具有形成TAD和抑制minor ZGA基因的雙重功能，為研究早期胚胎發(fā)育過程中獨特的松散染色質(zhì)的功能和機制提供了重要線索。