早期发育需要重编程 H3K9me3 依赖性异染色质。然而，H3K9me3 如何参与早期人类发育仍不清楚。 

　　2022年7月7日，中山大学中山医学院王继厂课题组联合孙逸仙纪念医院王文军教授团队在Cell Stem Cell 上发表了题为"Dynamic reprogramming of H3K9me3 at hominoid-specific retrotransposons during human preimplantation development"的论文，该研究阐明了转座元件上H3K9me3依赖性异染色质的重塑在人类早期胚胎发育中的功能及其机制。 

　　另外，2022年7月7日，同济大学高绍荣，刘晓雨，王晨飞及广东省第二人民医院欧湘红共同通讯在Cell Stem Cell上发表了题为"Stage-specific H3K9me3 occupancy ensures retrotransposon silencing in human pre-implantation embryos"的论文，该研究分析了人类卵母细胞和早期胚胎中的全基因组 H3K9me3，并在 8 细胞和囊胚阶段发现了长末端重复序列 (LTR) 上的阶段特异性 H3K9me3 沉积。该研究发现 8 细胞特异性 H3K9me3 暂时建立在增强子样区域，而囊胚特异性 H3K9me3 更稳定。DUX 和多个 Krüppel 相关盒域锌指蛋白 (KRAB-ZNFs) 被确定为分别建立 8C 和囊胚特异性 H3K9me3 的潜在因素。有趣的是，阶段特异性 H3K9me3 分配被小鼠早期胚胎中的 Dux 敲除或 Zfp51 敲除减弱。此外，该研究观察到人类囊胚中存在 H3K4me3/H3K9me3 和 H3K4me3/H3K27me3 二价染色质结构域，为谱系分化做好准备。总之，该研究数据揭示了从 DNA 甲基化到 H3K9me3 的表观遗传转换确保了人类植入前胚胎中逆转录转座子的精确调节。 

　　

　　

　　转座元件（Transposable elements，TE）是可以在基因组内移动的DNA片段，50%以上的人类基因组序列为TE，其中大部分是非长末端重复（non-long terminal repeat，non-LTR）反转录转座子，例如LINE-1、Alu和SVA元件等。但是，在人类漫长的进化过程中，绝大多数TE的完整结构被破坏而失去转座能力，并且逐渐被“驯化”成为基因组的一部分并发挥重要的功能，如对胎盘发育至关重要的Syncytin-1/2基因就是由TE衍变而来。但是相比起被大量研究的蛋白编码基因以及非编码RNA，我们目前对于TE的功能还知之甚少，因此TE又被称为基因组上的“暗物质”。 

　　为了解决传统ChIP-seq技术需要大量细胞（10^⁶~10^⁷）而人类早期胚胎不易获取的问题，研究团队开发了新的微量染色质免疫沉淀技术（AUCLiChIP-seq）,将起始细胞量降到了50-100个细胞。随后，基于AULiChIP-seq技术绘制出首张人类植入前胚胎的H3K9me3修饰动态“景观图谱”，并发现H3K9me3主要富集在内源性逆转录病毒（ERV）、SVA、LINE-1等反转录转座子上。此外，还发现H3K9me3分布还具有时间特异性，如在胚胎发育早期富集于谱系发育等相关基因周围，从而抑制这些基因过早地表达，进而确保对胚胎发育时序的精确分子调控。 

　　研究团队进一步发现，在小鼠和人类合子基因组大规模激活（major zygotic genome activation, major ZGA）前，许多major ZGA基因的转录起始位点周围的染色质已经处于开放状态。在小鼠2细胞胚胎晚期，伴随着major ZGA基因的主体区域的H3K9me3重编程，这些基因开始转录。但是与小鼠不同的是，人类major ZGA基因的启动子和主体上没有观察到H3K9me3等抑制性组蛋白修饰的富集，那么人类major ZGA启动时间（4-8细胞胚胎时期）为什么反而晚于小鼠（2细胞胚胎晚期）？作者猜测这可能与远端调控元件增强子的激活时间有关。通过整合Hi-C以及H3K9me3、H3K27ac等组蛋白修饰数据，作者发现，直至人类8细胞胚胎时期，SVA等类人猿特有的反转录转座子才发生大规模的H3K9me3去甲基化而成为活化的增强子，从而促进major ZGA基因的表达。为了进一步验证SVA上H3K9me3重编程对人类major ZGA以及胚胎发育的重要性，作者建立了靶向SVA的表观基因组编辑系统以及微量细胞多组学分析技术Pathul-seq（同时检测H3K9me3修饰和基因表达丰度）。研究结果显示，在表观基因组编辑后的胚胎中，SVA上H3K9me3修饰水平显著升高，其潜在调控的major ZGA基因表达随之受到抑制，并表现出发育迟缓、囊胚发育率降低等表型，提示SVA的活化是人类早期胚胎发育所必须的。 

　　

　　图1. 类人猿反转座子区域的H3K9me3依赖性异染色质重塑，促进人类早期胚胎发育 

　　中山大学中山医学院王继厂教授、孙逸仙纪念医院王文军教授和李瑞岐博士为论文共同通讯作者。中山大学中山医学院博士生余汉文、硕士生陈漫琪、原副研究员胡远浪博士，以及孙逸仙纪念医院区颂邦、李瑞岐博士为论文并列第一作者。该项研究得到了南开大学刘林教授、英国皇家学会和皇家医学科学院院士Laurence D. Hurst教授等的大力支持以及国家重点研发计划、国家自然科学基金面上项目、广东省自然科学基金面上项目、广东省“珠江计划”创新创业团队项目的资助。 

　　

   （来源：iNature） 

　　参考文献： 

　　[1] Yu, Hanwen et al. Dynamic reprogramming of H3K9me3 at hominoid-specific retrotransposons during human preimplantation development. Cell Stem Cell, Volume 29, Issue 7, 1031 - 1050.e12. 

　　[2] Xu, Ruimin et al.Stage-specific H3K9me3 occupancy ensures retrotransposon silencing in human pre-implantation embryos.Cell Stem Cell, Volume 29, Issue 7, 1051 - 1066.e8. 

　　链接：https://mp.weixin.qq.com/s/wsBWMjqphH6LIfXmUzr51w