解析小鼠原腸期形成的表觀遺傳調控規律

在哺乳動物早期胚胎發育過程中，胚胎通過原腸運動，形成了具有不同發育命運的外、中、內三個胚層。原腸運動過程中的三胚層形成為后續小鼠胚胎的器官形成等打下了堅實基礎，是整個胚胎發育過程中最關鍵的分子事件之一。

在小鼠原腸胚中，伴隨著胚胎發育過程的進行，各胚層逐漸形成特異性的區域分布。其中胚內部分的外胚層細胞主要分布在胚胎上胚層的前端部分；中內胚層前體細胞則主要分布在上胚層后端的原條部分，并經過上皮間充質轉換過程， 越過原條，向胚胎前端遷移包裹形成中胚層細胞。三胚層形成過程中伴隨著細胞命運的次序決定，對該過程中細胞命運決定調控機制的研究一直是發育生物學研究中的熱點和難點。

在前期研究中，研究團隊闡明了早期胚胎發育過程中，胚外組織細胞和胚內組織細胞對發育相關基因調控的不同表觀遺傳機制。然而，對原腸運動過程中三胚層形成的表觀調控機制的認識還很欠缺。

在本項研究中，研究團隊結合原腸胚胚層細胞區域化分布的特點和前期建立的少量細胞表觀遺傳學研究技術（low-cell number ChIP-seq和reduced representation bisulfite sequencing），對原腸運動過程中（起始階段E6.5天，中間階段E7.0天和結束階段E7.5天）的表觀遺傳修飾（H3K4me1, H3K4me3, H3K9ac, H3K27me3, H3K27ac, DNA methylation）模式進行了系統性研究。

通過結合ChromHMM 分析，研究人員構建了小鼠原腸胚中細胞的染色質狀態模型；結合進一步生物信息學分析，研究人員發現不同胚層的染色質狀態轉換呈現出不同的規律。其中，中內胚層細胞在原腸運動早期（E6.5-E7.0）就呈現出劇烈的變化，而外胚層細胞在原腸運動晚期（E7.0-E7.5）才呈現出明顯的變化。

通過整合已發表數據，研究人員確認了大量原腸胚中特異性存在的增強子，發現了器官發生關鍵基因相關的增強子在原腸胚中即被預標記的規律。在此基礎上，研究人員利用轉基因增強子活性報告系統對這些增強子在小鼠胚胎發育各階段的活性進行了驗證， 發現并鑒定了一個新的、在胚胎外胚層中具有特異性活性的預標記增強子-Ect2，并確認了該增強子在小鼠胚胎發育過程中的活性分布，及對小鼠胚胎干細胞神經分化過程的調控作用。

這項工作為理解哺乳動物胚胎發育過程中細胞譜系的形成及其發育潛能建立的表觀調控機制提供了大量翔實的數據，將極大地推動對哺乳動物早期胚胎發育過程規律及機制的認識，并為干細胞再生醫學的發展提供重要理論支撐。