H4K20me3修饰对猪克隆胚胎发育影响的机制研究

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克隆效率低下极大地限制了体细胞核移植(Somatic Cell Nuclear Transfer,SCNT)技术在猪分子育种和繁殖领域的应用推广,其原因之一是在克隆胚胎发育过程中大部分体细胞的表观遗传修饰无法被卵胞质完全地重编程。已有研究发现,抑制性组蛋白修饰H4K20me3在猪克隆胚胎合子基因组激活(Zygotic Genome Activation,ZGA)前存在异常富集,但其对早期克隆胚胎发育的调控机制未见详细报道。本研究通过免疫荧光染色和低细胞量染色体免疫共沉淀测序(Ch IP-seq)技术,寻找H4K20me3在猪克隆胚胎异常富集的规律,并使用H4K20me3编写酶抑制剂A-196处理克隆胚胎来提高其发育率。此外,通过研究A-196处理对克隆胚胎ZGA、细胞周期和端粒延伸的影响,进一步探究H4K20me3在猪早期克隆胚胎发育过程中的具体作用机制。主要结果如下:(1)与体外受精胚胎(In Vitro Fertilization,IVF)相比,H4K20me3在猪克隆胚胎ZGA前存在显著高水平富集,且供体细胞基因组上的重编程抵抗区(Reprogramming-Resistant Regions,RRRs)和记忆保留区(Memory-perserved Genomic Regions,MPRs)存在H4K20me3的高水平富集,表明该修饰是猪体细胞重编程的障碍之一。(2)H4K20me3编写酶抑制剂A-196处理猪克隆胚胎后可显著降低H4K20me3的富集水平并提高克隆胚胎的发育潜力,处理后囊胚率由对照组的17.12±3.33%提升到30.34±5.61%(P<0.01)。(3)通过结合猪体内受精胚胎(In Vivo Fertilization,IVO)与克隆胚胎A-196处理组和对照组的转录组测序(RNA-seq)分析和实时荧光定量PCR发现,A-196处理并未促进猪克隆胚胎ZGA的启动。(4)通过细胞周期蛋白Cyclin A和乙炔脱氧尿苷(5-Ethynyl-2’-deoxyuridine,Ed U)染色发现,猪克隆胚胎存在明显的S期延迟。当体外受精胚胎有81.00±2.05%进入G2期时,猪克隆胚胎仅有60.33±3.09%进入G2期。A-196处理可以显著改善克隆胚胎的S期延迟现象,使其细胞周期进程更加接近于体外受精胚胎。(5)通过端粒定量发现,猪胚胎的端粒在ZGA之前便开始延伸,并可以持续到囊胚。此外,与对照组相比,A-196处理能显著延伸猪克隆胚胎的端粒长度约70%。综上所述,H4K20me3是猪体细胞重编程的障碍之一,且在猪克隆胚胎中纠正H4K20me3的异常富集可以有效提高克隆胚胎的发育潜力。本研究在挖掘猪体细胞重编程机制及提高克隆技术在猪繁育上的应用方面具有重要的意义。
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