早期胚胎在修复DNA组织错误方面表现出惊人的灵活性

由Helmholtz Munich领导的一个国际研究小组首次详细了解了受精后最初几个小时内早期胚胎细胞核中遗传物质的空间组织是如何建立的。令人惊讶的是，胚胎在应对这一过程中的中断时表现出高度的灵活性

这项研究现已发表在《细胞》杂志上，揭示了没有一个主监管机构控制着这个核组织。相反，多个冗余机制确保了一个强大且适应性强的核结构，使胚胎能够纠正其核初始组织中的错误

早期的DNA组织是强大而灵活的

当卵子和精子融合时，DNA在细胞核内开始全面重组。表观遗传学在这一过程中起着至关重要的作用，通过对DNA及其相关蛋白质的化学修饰来调节基因活性

“我们想了解这些表观遗传程序如何影响基因活性，并确保细胞正确执行其发育任务，”研究负责人、慕尼黑亥姆霍兹表观遗传学和干细胞研究所所长、路德维希马克西米利安大学生物系教授Maria Elena Torres Padilla教授解释道

“以前，尚不清楚受精后是否有单一的中央机制控制核组织。我们的研究结果表明，受精后，多个平行的调控途径控制核组织，相互加强。”

挑战核组织的经典模型

为了破译这种重组的机制，研究人员在小鼠胚胎中进行了中等规模的扰动筛选。为了绘制早期胚胎的表观遗传变化，他们采用了最先进的分子生物学技术。分析揭示了核组织中涉及的多种冗余监管机制

此外，实验表明，与之前的假设相反，基因活性并非严格由核定位决定。“基因在细胞核内的位置并不总是与其活性相关，”该出版物的第一作者、表观遗传学和干细胞研究所的博士研究员Mrinmoy-Pal解释道

尽管转移到传统上被认为不活跃的核区域，但一些基因仍然保持活跃，而在其他情况下，类似的重新定位导致基因表达急剧减少。Pal总结道：“这挑战了核组织和基因组功能的经典模型。”

胚胎可以自我纠正早期的核组织错误

更令人惊讶的是，即使在受精卵第一次分裂后，胚胎也可以自我纠正核组织的破坏。如果核组织在第一次细胞分裂之前被破坏，它可以在第二个细胞周期中恢复。这表明早期胚胎不仅具有弹性，而且具有补偿其初始核组织错误的机制

研究人员发现，这一过程受到从母体卵细胞遗传的表观遗传标记的调节。如果这些母体信号被破坏，胚胎可以激活替代的表观遗传程序，最终恢复可能不是源自母体的正确核组织。这表明胚胎可以利用不同的发育起点来预防发育缺陷

与衰老和疾病的相关性

这项研究的结果可能具有广泛的意义：在早衰症等疾病中，与核层相关的DNA会发生严重破坏。此外，一些癌症与核基因组组织的变化有关

Torres Padilla说：“我们的研究结果有助于更好地理解这些机制，并从长远来看，开发出新的方法来专门影响表观遗传程序，以改善疾病结果。” More information: Mrinmoy Pal et al. The establishment of nuclear organization in mouse embryos is orchestrated by multiple epigenetic pathways, Cell (2025). DOI: 10.1016/j.cell.2025.03.044. www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00396-4

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