大家好向拆，本周給大家分享的是一篇2020年9月17日發(fā)表在nature communication上使用ATAC-seq實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)探究牛胚胎染色質(zhì)重塑表明基因組激活的物種特異性調(diào)控的文章毕籽。
文章題目： Chromatin remodeling in bovine embryos indicates
species-specific regulation of genome activation
期刊： nature communication
影響因子： 12.1
發(fā)文單位：Department of Animal Science, University of California, Davis, CA 95616, USA
文章作者： Pablo J. Ross為通訊作者瘪弓。
摘要：
胚胎從受到母體調(diào)控到胚胎自身調(diào)控的轉(zhuǎn)變是胚胎著床前的一個(gè)重要里程碑割坠。期間罢低，廣泛的轉(zhuǎn)錄組學(xué)和表觀重塑促進(jìn)了從終末分化的配子到全能卵裂球的轉(zhuǎn)變滑沧。但是俩滥，調(diào)節(jié)胚胎基因組活化（EGA）的轉(zhuǎn)錄因子(TF)和基因組調(diào)控元件定義還不明確徒爹。為了加深我們對哺乳動(dòng)物EGA的理解荚醒，本文描繪了牛胚胎著床前發(fā)育過程中開放染色質(zhì)情況。在EGA之前隆嗅，開放的染色質(zhì)由母源TF結(jié)合界阁，這一活動(dòng)與人類和老鼠類似。在EGA期間胖喳，來源于胚胎自身轉(zhuǎn)錄的同源框因子（homeobox TF）結(jié)合變得更加普遍泡躯。開放染色質(zhì)的跨物種比較分析發(fā)現(xiàn)，與小鼠相比丽焊，牛和人類EGA的調(diào)控回路具有更強(qiáng)的相似性较剃。此外，與小鼠EGA相關(guān)的TFs并沒有在人和牛中復(fù)現(xiàn)粹懒，表明牛對于模擬人類胚胎著床前的發(fā)育相較于小鼠而言重付，能提供更有價(jià)值的參考信息。
方法
從當(dāng)?shù)赝涝讏霾少彽穆殉操旃裕槿÷雅萑返妫@得含有卵母細(xì)胞的復(fù)合體，培養(yǎng)成熟后獲得MII卵母細(xì)胞帽芽，體外授精删掀，培養(yǎng)至胚胎干細(xì)胞
不同時(shí)期的收獲細(xì)胞進(jìn)行ATAC-seq測序。
結(jié)果一：展示牛胚胎著床前导街，染色質(zhì)開放性的動(dòng)態(tài)變化
方法：利用ATAC-seq數(shù)據(jù)將基因組分為500bp的窗口大小披泪，每個(gè)窗口都計(jì)算FPKM值，然后PCA可視化搬瑰。
通過PCA發(fā)現(xiàn)染色質(zhì)的大規(guī)模重塑與EGA的大量發(fā)生一致（從4-cell---8-cell）
利用ATAC-seq數(shù)據(jù)分析得到不同發(fā)育階段的peak峰在基因組的分布（距離TSS近端/遠(yuǎn)端）和數(shù)量（多少）情況款票。發(fā)現(xiàn)隨著染色質(zhì)變得更加結(jié)構(gòu)化，特異性位點(diǎn)變得更加穩(wěn)定泽论，特定peak開始富集艾少。在4細(xì)胞、8細(xì)胞和桑葚胚階段的胚胎中逐漸增加翼悴。其中缚够，2-cell時(shí)期富集的peak最少，多項(xiàng)研究表明EGA前的胚胎基因組呈高度分散的染色質(zhì)，導(dǎo)致整個(gè)基因組的開放性水平相似【背景噪音大谍椅，難富集特定峰】
作者再進(jìn)一步分析了不同發(fā)育階段共享和特異的染色質(zhì)開放
結(jié)果二：階段特異性開放染色質(zhì)具有不同的功能
不同發(fā)育階段的peak具有階段特異性且富集階段特異性TFs误堡。這里，作者以4cell和8cell發(fā)育階段為例雏吭，詳細(xì)闡述了參與這兩個(gè)階段的TFs锁施。包括，4cell時(shí)期的NFKB家族（母源因子）思恐，8cell時(shí)期的同源盒TFs沾谜，DUXA家族。
結(jié)果三：逐漸建立的開放染色質(zhì)為EGA奠定了基礎(chǔ)【各個(gè)階段共享的開放染色質(zhì)】
這些階段共享的開放染色質(zhì)peak主要富集CTCF胀莹，KLF5轉(zhuǎn)錄因子基跑。
主要是建立胚胎基因組的三維染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的作用。
共享的peaks大部份是proximal peak且2-4cell保守的近端peak富集管家功能描焰。
結(jié)果四：母源因子和轉(zhuǎn)錄驅(qū)動(dòng)染色質(zhì)重塑
為了進(jìn)一步分析母源因子對染色質(zhì)重編程和EGA的貢獻(xiàn)媳否，在培養(yǎng)基中加入α-鵝膏蕈堿以抑制POLR2（RNA聚合酶II）依賴的轉(zhuǎn)錄延伸，發(fā)現(xiàn)胚胎轉(zhuǎn)錄的缺失顯著抑制了ATAC-seq peak的出現(xiàn)荆秦。另外篱竭，作者發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄抑制優(yōu)先破壞發(fā)育階段特異性peaks。
更近一步的分析表明步绸，在8-cell掺逼，轉(zhuǎn)錄抑制顯著降低homeoboxes類型的TFs的結(jié)合活性，并不影響母源因子的結(jié)合活性
結(jié)果五：重復(fù)元件在開放染色質(zhì)中的富集
有報(bào)道研究重復(fù)元件在EGA發(fā)揮調(diào)控功能瓤介，在牛著床前發(fā)育過程中這方面的研究比較少吕喘。這里，作者發(fā)現(xiàn)LINE顯示出在peak開放與表達(dá)都上升的趨勢【從8細(xì)胞開始】
哺乳動(dòng)物的LTR和ERVLs從8細(xì)胞階段開始在開放染色質(zhì)中越來越豐富刑桑，盡管它們的表達(dá)在整個(gè)發(fā)育過程中下降氯质，這表明可能有其他機(jī)制調(diào)控重復(fù)表達(dá)。
TE元件能結(jié)合TF祠斧，替代調(diào)控元件的功能闻察，從而作用基因表達(dá)。
結(jié)果六：物種間EGA比較
MZT的調(diào)控在不同哺乳動(dòng)物可能不同
基因組調(diào)控元件往往進(jìn)化迅速琢锋，難以確定同源區(qū)域和比較不同物種的可及性辕漂。
另一方面，開放染色質(zhì)中包含的序列可以表明在特定的細(xì)胞類型中哪些調(diào)控因子是活躍的吴超。
因此钮热，比較了牛、人烛芬、小鼠胚胎和ESC的開放染色質(zhì)景觀所富集的motif。為了確定哺乳動(dòng)物EGA的潛在調(diào)控因子，我們比較了不同物種和不同發(fā)育階段的TF基序的富集情況赘娄。
總結(jié)：哺乳動(dòng)物基因組激活模型
在受精后仆潮，染色質(zhì)致密結(jié)構(gòu)被解開，此時(shí)的染色質(zhì)允許母體轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合到DNA遣臼，初級EGA在此時(shí)開啟性置，并開始建立三維染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，這為主要EGA奠定了基礎(chǔ)揍堰，其中母源產(chǎn)物鹏浅、初級EGA產(chǎn)物和啟動(dòng)子-增強(qiáng)子接觸介導(dǎo)了基因表達(dá)，并繼續(xù)完善三維染色質(zhì)結(jié)構(gòu)屏歹。
結(jié)論
1隐砸、peak在牛胚胎植入前發(fā)育過程中的逐步增加
2、在主要EGA之前建立的peak中主要富集母源TF的結(jié)合位點(diǎn)(CTCF, NFY, SP factors, KLFs)
3蝙眶、在胚胎基因組的活化（EGA）期間季希， homeobox TF(OTX1, GSC,DUX factors結(jié)合變得更加普遍
4、胚胎植入前發(fā)育過程中開放染色質(zhì)的跨物種比較顯示幽纷，與小鼠相比式塌，牛和人的EGA的調(diào)控回路具有很強(qiáng)的相似性
5、重復(fù)元件可能在EGA過程中友浸，充當(dāng)調(diào)控元件的功能
6峰尝、與小鼠EGA相關(guān)的TFs（RARG, NR5A2, ESRRB）在牛或人體內(nèi)不富集收恢，這表明對于人著床前發(fā)育模型應(yīng)用武学，牛可能比小鼠更能提供信息
