染色體三維結構是重要的表觀遺傳因素，與基因的表達調控密切相關。研究染色體三維結構在人類精子及早期胚胎中的動態變化和調控分子對于深入理解人類胚胎發育有重要的理論和臨床意義。人類個體發育從精卵結合形成受精卵開始，經歷早期胚胎發育過程，由一個細胞逐漸分裂分化形成一個含有上百種細胞類型、多種器官的復雜有機體，但人類精子和卵子受精后，細胞核中的染色體結構如何變化，哪些生物學分子會影響胚胎中的染色體結構變化，一直以來是未被解決的科學問題。此外，精子在形態和功能上與其他終末分化的細胞截然不同，染色體在人類精子中如何壓縮折疊還并不清楚。

　　近日，中國科學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合作，對精子及人類早期胚胎發育過程中的染色體結構動態變化情況進行了描繪，研究成果于12月5日在線發表于《自然》（Nature）。

　　基因組的三維結構是由拓撲相關結構域（TAD）基本單元構成，研究結果顯示，在成熟的人類精子中沒有TAD結構并且沒有檢測到染色質調節蛋白CTCF，這與在小鼠精子中的情況完全不同。受精后，胚胎中TAD結構非常模糊，在后續的胚胎發育中染色體逐漸建立清晰的TAD結構。研究還發現，A/B區室結構在人的2細胞期胚胎中消失，然后在后續發育中重新建立。值得注意的是，不同于小鼠胚胎和果蠅胚胎，在人類早期胚胎中阻斷合子基因組激活（ZGA）可以抑制TAD結構的建立。進一步分析發現CTCF蛋白在合子基因組激活之前表達量非常有限，在TAD結構出現的合子基因組激活時期表達量會迅速上升。在胚胎中敲低CTCF蛋白可以導致TAD結構顯著變弱，這表明在合子基因組激活時CTCF蛋白的表達對于人類早期胚胎的TAD結構建立至關重要。

　　該研究首次揭示了人類早期胚胎中的染色體三維結構的動態變化，并發現CTCF蛋白對于早期胚胎發育中TAD結構的重要調控功能，為進一步揭示人類胚胎發育機制提供了理論基礎。

　　該研究得到了國家重點研發計劃“生殖健康及重大出生缺陷防控”重點專項、中國科學院戰略性先導科技專項、國家自然科學基金等基金資助。

 　　CTCF在人的精子和早期胚胎中染色體三維結構重建中的關鍵作用 

　　論文鏈接