染色体三维构象在小鼠早期胚胎发育过程中的动态变化及作用

3D genome architecture is very important for gene expression. The genome architecture between sperm and oocytes is significantly different from the observation by microscopes. However, we still do not know the chromatin structure of gametes in molecular level. Until now, it is unknown whether genome-wide reprogramming of genome architecture occurs for maternal and paternal genomes after fertilization. It is also unclear about the potential function of genome architecture on gametes and early embryos. Herein, we will establish the new method by using ultra low amount of DNA to construct the Hi-C library. We aim to understand the dynamics of genome architecture during mouse early embryogenesis. We will further investigate the function of 3D genome architecture on development. This study will provide a useful epigenetic resource for mammalian early embryonic development.

基因组的三维空间结构对调控基因的表达具有重要的意义。显微镜结果，显示精子和卵子的染色体构象有着巨大的差别。然而在分子水平上，我们仍不了解配子染色体的精细构象。到目前为止，仍不清楚受精后父源和母源的染色体构象是否发生重大的变化和重编程，以及染色体的空间结构如何调控配子以及早期胚胎的发育。因此，本课题将以小鼠为模型，使用微量细胞、高通量染色体构象捕获（Hi-C）方法精细测量小鼠配子和早期胚胎的染色体三维构象图谱；通过两个杂交品系小鼠间的SNP，区分早期胚胎中的父源和母源基因组，分别揭示小鼠胚胎发育中父源和母源基因组染色体三维构象的变化规律；并进一步揭示染色体三维构象对早期胚胎发育的作用。此研究同时将提供一个非常好的表观遗传信息资源，帮助对哺乳动物胚胎发育的研究。

染色体三维结构是一种重要的表观遗传信息。在已知的哺乳动物细胞中，染色体都含有规则的三维拓扑结构。该研究建立了微量细胞测量染色体三维结构的方法，揭示在小鼠和人类早期胚胎，染色体的三维拓扑结构消失了，随着发育的进行染色体高级结构逐渐的建立起来。有趣的是小鼠染色体精子中有TAD结构,而人类精子中没有TAD结构，原因是人类精子中并且没有染色质调节蛋白CTCF。研究还发现，A/B区室结构在人的2细胞期胚胎中消失，然后在后续发育中重新建立。值得注意的是，不同于小鼠胚胎和果蝇胚胎，在人类早期胚胎中阻断合子基因组激活（ZGA）可以抑制TAD结构的建立，并发现CTCF蛋白对于早期胚胎发育中TAD结构的重要调控功能。本研究，有利于深入了解胚胎发育过程基因组调控，并在染色体3D领域里提供了重要的新知识(Cell, 2017；Nature, 2019)。