X染色體失活與異常胚胎髮育相關性的分子機制研究

《X染色體失活與異常胚胎髮育相關性的分子機制研究》是依託同濟大學，由薛志剛擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：X染色體失活與異常胚胎髮育相關性的分子機制研究
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：薛志剛
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

自然流產是人類臨床妊娠失敗的主要原因，並且早期流產的女性胚胎明顯多於男性（3-4:1）。正常雌性個體中兩條X染色體一條維持失活狀態。研究發現X染色體失活異常或紊亂會導致小鼠早期胚胎髮育異常，我們前期研究證明體外培養環境的變化可以導致細胞X染色體失活狀態發生改變。是否人類輔助生殖技術中，妊娠早期胚胎髮育及著床環境的變化會導致X染色體失活狀態發生改變，從而導致胚胎髮育異常或流產的研究很少。本研究將在我們Nature和Cell Stem Cell論文相關研究的基礎上，以人類及食蟹猴早期胚胎為研究對象，利用單細胞高通量測序技術結合生物信息學分析，深入剖析人類及靈長類動物早期胚胎髮育過程中X染色體失活規律及X染色體連鎖基因表達的動態變化。同時通過CRISPR/Cas9技術建立食蟹猴XIST基因缺陷的胚胎髮育模型來研究X染色體失活和異常胚胎髮育的相關性，為人類不育的分子機制提供新依據。

結題摘要

自然流產是人類臨床妊娠失敗的主要原因，且早期流產中女性胚胎明顯多於男性（3-4:1）。雌性哺乳動物X染色體失活異常或紊亂可能是導致流產胚胎性別比例失衡的重要原因。目前妊娠早期胚胎髮育及著床環境的變化與X染色體失活狀態及胚胎髮育異常或流產的關係尚不明確。本研究首先揭示了早期胚胎中人類X染色體失活規律，發現X染色體以及X連鎖劑量補償在植入前胚胎至植入後胚胎中一直穩定在一個相對恆定的水平，胚胎基因組激活（EGA）之後，X染色體與常染色體的轉錄水平相當，而不同胚胎中姐妹細胞之間呈現不同的X染色體的單倍型，說明了XCI過程在圍著床期胚胎中的隨機發生，並初步分析了早期胚胎中線粒體激活與X染色體失活的關係。進而對人類、食蟹猴及小鼠胚胎髮育規律進行比較分析，找出了在三個物種中高度保守和單個物種獨有的樞紐基因，如SIN3A, FAM46C, ARIH1等，以及一些在靈長類（人和猴）中高度保守的樞紐基因，包括轉錄調節因子WHSC1, CDCA7L, ZNF652等。在此基礎上研究了胚胎髮育及著床環境與發育異常及流產的關係，如光照劑量對小鼠早期胚胎髮育影響及種植窗期胚胎滋養層細胞分化與著床的關係，發現高劑量光照顯著降低胚胎囊胚形成率，並且在分子水平上發現這種影響在早期胚胎中是持續存在的，同時還會顯著影響胚胎合子基因激活過程；同時建立了體外圍著床期胚胎與子宮內膜共培養模型，系統分析該時期胚胎滋養層細胞分化發育過程，鑑定了調控該時期胚胎滋養層發育的關鍵調控模組，利用開發的SCBAV算法和體外驗證等實驗，發現了驅動胚胎滋養層細胞分化發育基因。此外，本研究還開發出檢測同一單細胞轉錄組和DNA甲基化組的測序方法scMT-seq，為後續進一步開展胚胎髮育及X染色體失活機制研究提高了有利研究工具。通過本項目實施，對哺乳動物胚胎髮育規律、X染色體劑量動態變化規律及環境變化對胚胎髮育及著床進行了系統分析，為深入理解早期胚胎髮育過程中X染色體失活規律與流產胚胎中性別比例失衡、胚胎異常發育及著床等的關係及機制提供了重要參考。