一个由亥姆霍兹慕尼黑领导的国际研究团队首次详细揭示了在受精后的最初几小时内，早期胚胎的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干扰时表现出高度的灵活性。这项发表在《细胞》杂志上的研究表明，没有单一的主要调节因子控制这种核组织。相反，多种冗余机制确保了核结构的稳健性和适应性，使胚胎能够纠正其核初始组织中的错误。
当卵子和精子融合时，细胞核内的DNA开始全面重组。表观遗传学在这个过程中起着关键作用，通过DNA及其相关蛋白质上的化学修饰来调控基因活性。
“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。以前不知道受精后是否有单一的中心机制控制核组织。我们的结果表明，在受精后，多个平行的调节途径控制核组织，彼此加强。”
研究负责人、亥姆霍兹慕尼黑表观遗传学和干细胞研究所所长及路德维希-马克西米利安大学（LMU）生物学教授玛丽亚-埃琳娜·托雷斯-帕迪利亚
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。为了绘制早期胚胎中的表观遗传变化，他们使用了最先进的分子生物学技术。分析揭示了参与核组织的多种冗余调节机制。
此外，实验还发现，与先前假设相反，基因活性并不严格由核定位决定。
“基因在细胞核内的位置并不总是与其活性相关，”该论文的第一作者、表观遗传学和干细胞研究所的博士研究生Mrinmoy Pal解释道。一些基因尽管移动到了通常被认为是不活跃的核区域，但仍保持活性；而其他情况下类似的重新定位则导致基因表达大幅减少。“这挑战了经典的核组织和基因组功能模型，”Pal总结道。
更令人惊讶的是，即使在受精卵第一次分裂之后，胚胎也可以自我纠正核组织的紊乱。如果在第一次细胞分裂之前核组织被破坏，它可以在第二次细胞周期中得到恢复。这表明早期胚胎不仅具有韧性，而且具有补偿其初始核组织错误的机制。研究人员发现，这个过程是由母体卵细胞继承的表观遗传标记调控的。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，最终恢复正确的核组织，这些可能不是来自母体的。这表明胚胎可以利用不同的起点进行发育，以防止发育缺陷。
这项研究的结果可能具有广泛的影响：在早衰症（一种导致过早衰老的遗传性疾病）中，与核纤层相关的DNA发生显著破坏。此外，许多癌症与核基因组组织的变化有关。“我们的结果有助于更好地理解这些机制，并在长期内开发新的方法来专门影响表观遗传程序，以改善疾病结果，”托雷斯-帕迪利亚说。
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