生物通报道：2014年4月16日，来自清华大学生命科学学院的孟安明院士带领的研究小组，在《生物化学杂志》（The Journal of Biological Chemistry）上发表斑马鱼发育新论文，该研究表明，尿嘧啶DNA（Uracil-DNA）糖基化酶可参与DNA去甲基作用（demethylation），并且是斑马鱼胚胎发育所必需的。

孟安明院士1991年毕业于英国诺丁汉大学(University of Nottingham)遗传系获博士学位，1998年受聘为清华大学生物科学与技术系教授、博士生导师，2001被聘为教育部****计划特聘教授。其主要从事脊椎动物胚胎的分子发育生物学研究，曾在Science、Cell、Developmental Cell、Blood等国际著名学术刊物上发表大量重要研究成果。2007年当选为中国科学院院士，2008年被评为发展中国家科学院院士。

动物胚胎在受精时其基因组转录无效，需要在基因组转录本激活和细胞谱系特化之前进行重新编程。胚胎基因组的重新编程通常涉及到DNA去甲基化，至少在某种程度上，这会消除遗传自雄配子和雌配子的5-甲基胞嘧啶（5mC），使基因组可以重新修饰。

在哺乳动物中，父本基因组在受精后立即迅速去甲基化，受精卵基因组的全基因组DNA甲基化（global DNA methylation，GDM）水平继续下降，直到桑椹胚阶段，紧接着是谱系特异性的重新去甲基化。在非洲爪蟾蜍（Xenopus）的胚胎发育过程中，基因组的GDM水平在卵裂阶段逐步下降，在中期胚囊过渡（MBT）阶段达到最低。据推测，脊椎动物胚胎中的受精卵基因组的受精后去甲基化，是进一步的表观遗传学修饰和谱系特异性基因转录/抑制的一个必要步骤。

在斑马鱼胚胎中，父母基因组是否在受精后立即经历了DNA去甲基化，仍然还存在争议。根据基因组DNA的甲基化敏感限制性内切酶酶切，Mhanni和Mcgowan表明，受精卵基因组的GDM水平在受精后下降，并开始反弹回囊胚阶段，通过利用anti-5mC抗体的一个免疫组化实验可以验证这一点。

最近，通过全基因组鸟枪亚硫酸盐测序进行的DNA甲基化分析，也在斑马鱼胚胎早期卵裂阶段检测到GDM水平的适度降低。然而，2013年5月，中科院北京基因研究所在《Cell》发表论文报道称，斑马鱼父母基因组可能不会发生受精后去甲基化，并且，一经受精卵基因组激活（ZGA），胚胎的母本染色体中的许多位点会重新甲基化到精子中观察到的状态。相关阅读：中科院Cell发表表观遗传突破性发现。

一个关键的问题是，胚胎中的亲本基因组如何被去甲基化，以获得胚胎的全能性，并激活基因组的转录。在小鼠受精卵中，加双氧酶TET3（Ten-Eleven Translocation 3）在第一次有丝分裂之前，通过将5mC转化为5羟甲基胞嘧啶（5hmC）、5-甲酰基胞嘧啶（5fC）和5-羟基胞嘧啶（5caC），可使父本基因组去甲基化。然而，加双氧酶催化的DNA脱甲基化作用在斑马鱼受精卵中似乎不起作用，因为很少在斑马鱼胚胎早期中检测到5hmC。

在这项研究中，研究人员发现，斑马鱼尿嘧啶DNA糖基化酶a（Unga）可以高水平发生母系表达，并在卵裂和囊胚形成期间在细胞核内积累。敲除斑马鱼胚胎中的unga基因，会导致全基因组DNA甲基化水平增加，与此同时细胞核中的总转录活性下降，最终导致细胞分裂期间的胚胎致死。相反地，unga基因的过度表达足以降低全基因组DNA甲基化水平，增加H3K4me3和H3K27me3标记，并激活基因组转录。

此外，unga（D132A）mRNA——编码一个没有DNA糖基化酶活性的Unga突变体——的过度表达，并不会影响全基因组DNA甲基化水平，这表明其是否参与DNA去甲基化作用取决于它的糖基化酶活性。这些结果表明，Unga与斑马鱼受精后基因组DNA去甲基化、受精卵基因转录和正常的胚胎发育有关。（生物通：王英）

延伸阅读：斑马鱼神经元助力人类出生缺陷研究。

生物通推荐原文摘要：
Uracil-DNA Glycosylase is involved in DNA demethylation and required for embryonic development in the zebrafish embryo
Abstract: Uracil DNA glycosylase (Ung) is a component of base excision repair process and has the ability to remove uracil from U:G mispairs in DNA. However, its implications in development of vertebrate embryos are poorly understood. In this study, we found that zebrafish uracil-DNA glycosylase a (Unga) is maternally expressed at high levels and accumulated in nuclei during cleavage and blastulation periods. Knockdown of unga in zebrafish embryos causes an increase of the global DNA methylation level concomitantly with a reduction of overall transcriptional activity in the nucleus, ultimately resulting in embryonic lethality during segmentation period. Conversely, unga overexpression is sufficient to reduce the global DNA methylation level, to increase H3K4me3 and H3K27me3 marks and to activate genome transcription. Furthermore, overexpression of unga(D132A) mRNA, encoding a mutant Unga without DNA glycosylase activity, does not affect global DNA methylation level, indicating that its involvement in DNA demethylation is dependent on its glycosylase activity. These results together suggest that Unga is implicated in postfertilization genomic DNA demethylation, zygotic gene transcription and normal embryonic development in zebrafish.

打赏

下载安捷伦电子书《通过细胞代谢揭示新的药物靶点》探索如何通过代谢分析促进您的药物发现研究

10x Genomics新品Visium HD 开启单细胞分辨率的全转录组空间分析！

欢迎下载Twist《不断变化的CRISPR筛选格局》电子书

单细胞测序入门大讲堂 - 深入了解从第一个单细胞实验设计到数据质控与可视化解析

下载《细胞内蛋白质互作分析方法电子书》