Week9 — 遗传DNA甲基化在早期胚胎发育中对染色质开放性的调控机制研究

第9周 2018— 7.16-7.21
原文链接：Inherited DNA methylation primes the establishment of accessible chromatin during genome activation
doi: 10.1101/gr.228833.117
2018年5月发表于Genome Res.

概括

提出问题：动物受精后表观修饰会从配子全部或部分遗传给后代，这个过程需要正确的转录调控，尤其是在ZGA（zygotic genome activation）时期，但是这些遗传的表观修饰是如何影响转录调控的并不清楚。
方法：染色质开放状态与转录调控紧密相关，且开放染色质被认为是顺式调控元件，包括启动子、增强子、沉默子和位点控制区。因此他们通过ATAC-Seq的技术对染色质开放图谱进行研究。
结果：发现了两条机制模型，一是启动子处的开放染色质展现出现的优先性（sequential priority of emergence）, 且从配字遗传的未甲基化的CpG可以精准启动染色质的开放位置。二是远端区域的高甲基化水平是从精子遗传的，且可以促进DNA甲基化转录因子的结合，如Pou5f3,Nanog等。
结论：在斑马鱼ZGA过程中，遗传的DNA甲基化特征对染色质开放状态建立有影响。

结果与方法

（1）ZGA时期的染色质开放图谱

斑马鱼早期胚胎形成包含两个ZGA时期，一个是minor phase（从64细胞时期开始），另一个是major phase（在1k细胞时开始出现）。他们为了研究ZGA过程中遗传的表观特征对后代转录调控的影响，利用ATAC-seq的技术对斑马鱼早期胚胎形成的5个时期（the 64-cell (2 hpf), 256-cell (2.5 hpf), 1k-cell (3 hpf), oblong (3.7 hpf) and dome (4.5 hpf) stages）进行染色质谱图分析。
ZGA 在minor phase染色质开放性被启动

• 染色质开放区域数目逐渐增多
  如Fig1 A 所示
  

  • 64-cell 时期
    64细胞时期时只检测到很少一部分开放染色质区域，其中包括miR-430 cluster，之前有研究报道过miR-430基因在64细胞时期转录。（Fig1 B）

    
    

  • 256-cell时期
    256细胞时期检测到398个开放区域，其中有160个编码基因在启动子处展现了染色质的 可及性（Fig1C）。

    
    
• 发现promoter accessibility 与transcription activity 紧密相关
  采用的方法时通过GSEA分析，分别对ATAC-seq信号在启动子基因和early ZGA基因进行富集。（Fig1 D,E）
  
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ZGA 在major phase染色质开放程度爆发式增高

• ZGA major phase开放染色质区域数目增加
  在1k细胞时期发现开放染色质区域暴增，检测到5383个区域，oblong时期19160个开放染色质区域，dome时期26219个区域（Fig 1A , 2A）。

  
  

• 启动子处的开放染色质区域数目减少
  他们又对开放染色质区域的位置（promotor,gene body,intergeneic region) 做了具体分析，发现位于启动子处的染色质区域逐渐减少，从63%——39%——29%（Fig 2B）。

  
  

• GO分析
  接下来对这三个时期(1k,oblong，dome)每个时期新增开放染色质区域相关的基因做GO分析，发现与DNA binding密切相关，与转录因子的活动呈现一致性（Fig 2C）。

  
  

（2）未甲基化的CpG启动accessible promoters的出现

（3）转录因子以高甲基化水平调节accessible distal regions