PNAS | 上海交通大学医学院孙赟/杜艳芝/魏延昌团队成功评估特定甲基化

来源：iNature

哺乳动物卵母细胞不仅携带遗传，而且还携带某些表观遗传信息给下一代。DNA甲基化在许多生物过程中起着关键作用，许多哺乳动物疾病，如印记疾病，非遗传性癌症和糖尿病，以及许多发育障碍和疾病，都是由卵母细胞甲基化异常引起的。解决该问题的一种方法是评估单个卵母细胞中与疾病或病症相关的特异性甲基化并将其校正至正常状态。然而，对功能分析和治疗目的的特定甲基化的评估和操作仍然具有挑战性

2019年4月22日，上海交通大学医学院孙赟、杜艳芝、魏延昌团队在国际权威期刊PNAS上发表题为“DNA methylation analysis and editingin single mammalian oocytes”的文章，研究结果有助于调查卵母细胞中的特定甲基化事件，并提供预防和纠正母系传播的非遗传性疾病或病症的策略。

因为卵母细胞核及其同胞PB1的表观遗传标记在具有相当微环境的相同卵质中建立，它们可能在特定区域携带相似的DNA甲基化标记。为了测试这一点，研究人员检查了多个区域的甲基化状态，这些区域归类为在单个卵母细胞核及其同胞PB1中分布于全基因组的一系列基因组元件。这些区域中的许多区域介导了几代之间关键的母系诱导的非遗传表型传递。多能标记物Pou5f1和Nanog的启动子在所有卵母细胞及其同胞PB1中均未甲基化（Pou5f1中12个中12个，Nanog中12个中12个）。重复元件Line1也在所有卵母细胞及其同胞PB1中大部分呈现未甲基化模式（11个相同的9个; 11个10％甲基化差异中的1个; 11个20％甲基化差异中的1个）。

转座因子，Avy基因座处的IAP，其甲基化程度引起从黄色（未甲基化）到假性蛋白（甲基化）的毛色变化，显示卵母细胞之间的甲基化差异。在来自三个黄色母亲的九个卵母细胞中，七个是未甲基化的，一个是中等甲基化的，一个是重度甲基化的。在来自三个母亲的10个卵母细胞中，6个被密集甲基化，3个被中等甲基化，1个未甲基化。这个结果解释了为什么一个黄色的母亲会传递更多的黄色幼崽，但是只有一小部分的伪pup幼崽，而一个假性的母亲会传递更多的假鹦鹉幼崽，但只有一小部分是黄色幼崽。值得注意的是，尽管在同一母亲的卵母细胞之间观察到甲基化差异，但与其同胞PB1相比，所有卵母细胞在该基因座上都具有相似的甲基化标记（19个相同的10个; 19个9％甲基化差异中的7个; 19个18％甲基化中的1个）差异; 19％27％甲基化差异中的1）。甲基化印迹对于正常的哺乳动物发育至关重要，甚至部分擦除可能对哺乳动物胚胎是致命的，异常的甲基化印记也与许多疾病有关。

诱导双胞胎及Cas9-DNMT3A靶向H19 ICR和IG-DMR与特定的sgRNAs

    然后研究人员检查了两个父系甲基化印迹控制区（H19 ICR和IG-DMR，也称为Gtl2 ICR）和两个母系甲基化印迹控制区（Snrpn ICR和Peg3 ICR）在单个卵母细胞及其同胞PB1中的甲基化状态。在来自三个独立母亲的10个排卵的MII卵母细胞中，大多数（10个中的8个）在卵母细胞和同胞PB1中的H19 ICR未甲基化，而在卵母细胞和同胞PB1中少数（10个中的2个）被低甲基化。该观察结果支持先前的研究表明H19甲基化易于超数排卵。 IG-DMR在所有卵母细胞及其同胞PB1（10个中的10个; 4个母亲）中未甲基化。 Snrpn ICR在大多数卵母细胞及其同胞PB1中完全甲基化（9个中的8个）并且在少数卵母细胞及其同胞PB1（9个中的1个）中部分甲基化。如在H19中观察到的，该结果可以通过超排卵诱导的Snrpn ICR甲基化变化来解释。 Peg3 ICR在所有卵母细胞及其同胞PB1中密集甲基化（9个中的9个;3个母亲）。总的来说，这些数据表明，卵母细胞核和同胞PB1在特定区域携带相似的甲基化标记，尽管个体卵母细胞甚至来自同一母亲也存在差异。

许多哺乳动物非遗传性疾病和发育障碍起源于卵母细胞DNA甲基化异常。然而，由于缺乏可以评估和操纵单个卵母细胞水平的特定甲基化的策略，预防和纠正这种母系传播的非遗传性疾病仍然具有挑战性。在该研究中，通过卵母细胞使用几种表观遗传模型，已经证明单个卵母细胞中的特异性甲基化可以从其同胞PB1中进行评估，并且可以有针对性地进行编辑。该研究提供了预防和纠正母系传播的非遗传性疾病或病症的策略，并且还将促进在生命初期对母系传播的非遗传信息的研究。