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小鼠染色质三维结构重塑研究成果
2020年4月14日,同济大学生命科学与技术学院高绍荣团队与江赐忠团队在《Nature Communications》杂志在线发表了题为“Chromatin architecture reorganization in murine somatic cell nuclear transfer embryos”的研究成果。他们采用了经过优化的少量细胞全基因组染色质构象捕获技术(sisHi-C),对小鼠SCNT胚胎发育过程进行连续采样,并详细描绘了SCNT植入前胚胎染色质高级结构的动态变化过程。 体细胞核移植(SCNT)技术是将已经分化的体细胞移入去核卵母细胞内,使体细胞的染色质发生重编程,继而重启胚胎发育过程并获得完整个体的技术。虽然SCNT是目前为止唯一一种可以使体细胞获得完整全能性的手段,但是由于在重编程过程中出现了各种表观遗传水平修饰的异常,使得SCNT胚胎的发育能力处于较低水平,也极大程度地限制了该项技术的应用前景。高绍荣教授团队长期致力于小鼠SCNT胚胎发育异常原因的探索。2016年通过对早期克隆胚胎进行卵裂球活检,并结合单细胞RNA测序技术首次建立了植入前核移植胚胎发育命运追踪系统,发现了组蛋白去甲基化酶Kdm4b和Kdm5b分别对克隆胚胎2-细胞和4-细胞时期的发育阻滞起到关键作用。两年后,又通过对不同发育命运体细胞克隆胚胎进行全基因组DNA甲基化高通量测序分析,详细地研究了小鼠克隆胚胎着床前发育过程中DNA甲基化修饰的重编程过程,并揭示了异常的DNA再甲基化(DNA re-methylation)是导致克隆胚胎着床后发育异常的关键因素。在哺乳动物中,染色质三维结构对基因的调控起着非常重要的作用。但是,受制于小鼠SCNT胚胎样本取材困难和Hi-C技术对细胞样本起始量高的限制,小鼠SCNT植入前胚胎发育过程中染色质三维结构的动态变化过程尚未被全面研究过。 在本研究中,研究人员收集了核移植后多个时间点的胚胎并利用优化的微量细胞sisHi-C技术对染色质高级结构进行了检测,通过数据分析发现,在体细胞核被注射到去核的卵细胞后,随着典型三维染色质结构的消解,供核体细胞染色质的近距离相互作用优先解开,并迅速由间期转化为类中期状态。在这期间出现了一个非常有趣的现象,当供体细胞在去核卵母细胞中被人工激活1个小时后,基因组经历了从类有丝分裂中期向类第二次减数分裂中期的转变。 图1. SCNT胚胎基因组在短时间内由有丝分裂类中期转变为减数分裂类中期 在SCNT胚胎发育6小时进入类原核期(对应正常受精胚胎PN3时期)后,重新出现了较弱的区室结构和拓扑相关结构域(TADs)信号,这很可能是再次退出中期的结果。随后,TADs信号在一细胞晚期逐渐减弱,直到2细胞早期降到最低值,在2细胞晚期到8细胞卵裂期逐步重新建立,直到囊胚期成熟(图2)。 图2. SCNT胚胎发育各个阶段的TAD强弱变化 随后研究人员将小鼠SCNT与正常受精胚胎发育sisHi-C公共数据集进行比较分析后发现,SCNT胚胎在2细胞期的远距离(>2 Mb)相互作用较正常受精胚胎明显降低。同时,早期(2到8细胞期)受精胚胎与SCNT胚胎的区室结构及TADs也存在着明显的差异。 前期的很多研究表面小鼠SCNT胚胎在合子基因组激活(ZGA)时期有大量的基因未能被正常激活。于是,研究人员想到染色质空间结构的异常是否会导致增强子与启动子之间的相互作用无法成功建立?结果表明,在小鼠正常受精卵的ZGA时期的关键基因Zscan4d的启动子与上游的超级增强子有着强烈的相互作用,而这种互作却无法在SCNT胚胎中被观察到(图3)。这类基因的激活异常很可能就是SCNT胚胎发育能力低下的原因之一。那么,造成染色质高级结构的异常的原因究竟是什么呢?研究人员证实这是由于供体细胞基因组中持续存在的组蛋白H3K9me3修饰无法被正常擦除造成的。通过在SCNT胚胎中过量表达组蛋白去甲基化酶Kdm4d来降低H3K9me3修饰水平, SCNT胚胎的染色质空间构象会趋向正常受精胚胎,且Zscan4d的启动子与超级增强子的互作也得到了部分的修复(图3)。这说明H3K9me3修饰是核移植胚胎中染色质高级结构重编程的重要障碍,也证实了在胚胎基因表达调控过程中组蛋白修饰和染色质高级结构的协同作用。 图3. SE-P互作异常影响ZGA相关基因表达,并能被过量表达Kdm4d部分纠正 综上,这项研究对小鼠SCNT胚胎发育过程中的染色质三维结构重塑进行了系统的研究,这也为今后进一步纠正SCNT胚胎发育过程中的表观遗传屏障提供了新的思路。 图4 本研究的模式图 同济大学生命科学与技术学院博士研究生陈墨、朱乾书和李翀副研究员为本文共同第一作者,高绍荣教授、江赐忠教授和刘晓雨研究员为本文共同通讯作者。该研究得到了科技部、基金委和上海市科委项目的支持。
同济大学 2021-04-11
改造类脂 A 结构用于安全宿主菌构建及疫苗佐剂生产
类脂 A 是脂多糖分子的疏水基团,大量存在于革兰氏阴性细菌的外膜外层,能通过结合免疫细胞表面的受体 TLR4 来刺激人体免疫系统[50, 51],因而也是一种很好的免疫系统激活因子。美国 Corexa 公司已经开发出了可用于乙肝病毒疫苗和过敏治疗的疫苗佐剂 MPL。研究表明 MPL 刺激的免疫细胞中 IL-1β 的分泌量 显著降低,使得 MPL 的毒性降低但免疫活性还在。MPL 目前是通过从沙门氏菌的 突变株 Salmonella minnesota RC595 中提取类脂 A,然后用化学方法去除其多余的附加基团而得到。本项目拟利用这些类脂 A 修饰酶,根据类脂 A 分子的合成机理,通过基因工程技术将大肠杆菌中类脂 A 的结构改造成为 MPL,构建能合成 MPL 的大肠杆菌。这种新型的能合成 MPL 的大肠杆菌不仅可以作为宿主菌安全使用于食品和药物的发酵工业生产中,而且可以作为实验室研究中更安全的基因表达载体,最重要的是它可以直接用来生产类脂 A 疫苗佐剂 MPL。
江南大学 2021-04-11
二氧化碳晶体结构模型
宁波华茂文教股份有限公司 2021-08-23
计算机组成原理与系统结构教学实验系统
计算机各部件优化升级,全面高效支持计算机各部件和各种模型计算机的开放性设计实验。在保证电路开放性的同时,各部件和各种复杂模型机电路的搭接更加简捷、高效和直观,极大提高了实验效率和实验成功率。
西安唐都科教仪器开发有限责任公司 2021-02-01
二氧化碳晶体结构模型
宁波浪力仪器有限公司(余姚市朗海科教仪器厂) 2021-08-23
2026年中国AB胶供应商推荐榜单:AB胶、双组份环氧胶、结构AB胶、高强度AB胶、耐高温AB胶等核心品类性能深度解析
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聚力(东莞)新材料科技有限公司 2026-01-05
轨道交通车站周边城市设计及车站综合体设计(广州市、郑州市)
广州市轨道交通花山车站周边城市设计及车站综合体设计:  广州市轨道交通花山车站周边城市设计及车站综合体设计:   花山站综合体东邻106国道,西邻规划的龙口东路,整个综合体地块约为73850平米,南北走向的景观河从地块东部穿过。地块中部规划一条“L”型机动车道把地块分隔为两块,北部两座均为商业建筑地块,由“L”型车道进入两侧地块,便于外来车辆进入且不阻碍主干道交通。花山站综合体建筑在地块南部,通过空中连廊联系地块北部两座商业建筑。 广州市轨道交通天贵车站周边城市设计及车站综合体设计:   天贵路站综合体东邻凤凰北路,西邻规划次干道,南邻区域快速路平步大道,占地55047平方米。整个综合体整体布置于地块的东侧,西侧开放为城市绿地广场。依托于南侧天贵路城铁站综合开发,形成此区域内的标志性建筑物。综合体裙房共四层,为大型商业,内部设有中庭,一方面便于南方地区通风采光,另一方面为顾客提供宜人的休闲空间。综合体裙房之上为区域标志性高层,共31层,130米高。 郑州市轨道交通经开站车站综合体设计:   经开站综合体东邻经开十四大街,西邻京广高铁,南邻经南十二路,占地27450平方米。整个综合体整体布置于地块的中部,综合体东侧为站前城市绿地广场。依托于经开站城铁站综合开发,形成此区域内的标志性建筑物。综合体裙房之上为区域标志性高层,建筑总高度为99.1米高。 北京市轨道交通园博园车站站前广场设计:   园博园站位于梅市口路与京周公路交叉口的西侧,主体位于梅市口路中绿化带上空,道路以北的地块内设有进出站大厅和设备管理用房,南侧设进出站楼扶梯,南北两部分通过天桥与车站主体连接。 为方便车站与园博园的联系,在车站东侧跨京周公路设天桥,连接北侧站厅二层和园博园。 主体建筑面积为3530m2,北侧站房总面积为5100 m2,,车站主体与北侧站房的联系天桥以及南侧天桥和出入口面积为1280 m2,总建筑面积为9910m2。
北京交通大学 2021-04-13
南科大刘奇航课题组与合作团队在设计轻元素自旋轨道耦合材料领域取得研究进展
南方科技大学物理系、量子科学与工程研究院副教授刘奇航课题组与南京大学教授万贤纲课题组合作,在通过电子关联设计轻元素自旋轨道耦合材料这一研究领域取得进展。
南方科技大学 2022-02-24
树状两亲体结构化高效水处理剂
水中微量痕量污染物的清除仍是科技界的严重挑战技术。微量污染物的累积作用和毒害作用正在引起人们的重视。当前缺乏的是低成本、低投入、高效和易推广的技术。常规吸附剂如活性炭虽然易从水体分离,但由于表面缺乏精细电子和拓扑结构,难以捕捉微量痕量污染物。本项目致力于开发一种表面精细结构化的、能大规模生产的高效水处理剂。最近我们发现用树状两亲体可以调控浓乳液聚合,提供了一种直接大规模获得表面结构化材料的方法。由于树状两亲体不仅能在界面组装,自身还能提供各种期望的电子环境和拓扑环境,从而高效地与各种客体分子互补,使捕捉微量客体分子成为可能。另一方面,随着大量树状体被报道,有数种已经商业化,由此衍生的树状两亲体容易实现规模化生产。理论上讲,各种树状两亲体可同时参与稳定浓乳液,形成类似斑豹的表面结构,这进一步为同时清除广谱微量水污染物提供了可能。初步研究表明,这类吸附剂能创纪录地将水中典型致癌芳烃降低到十亿分之一以下;典型有机离子的浓度降低到千万分之一以下。该材料不会向水中带来任何新污染物,能保证优质饮用水的获得。
同济大学 2021-04-11
滨海软土微观结构、固结特性和沉降预测研究及应用
将微结构研究方法,引入到对滨海新区软土的固结沉降特性研究之中,从而将软土的宏观固结沉降现象与其初始微结构参数及微结构再造过程研究结合起来,在土微结构和土压缩性指标之间架起一座桥梁。根据建立的软土固结沉降微结构预测模型,可以由微结构参数、应力水平,得到软土的固结参数和压缩性指标。或者根据固结压缩性指标,得到微结构参数的变化。 天津二建建筑工程有限公司、天津永盛岩土技术有限公司、天津建工总承包有限公司等三家公司,从2012年开始采用本项目研究得到的适用于滨海软土固结的微结构参数预测模型,以及基于此模型的软土地基沉降预测技术进行了相应的沉降预测。通过在实际工程中的应用,证明了本技术的先进性。
天津城建大学 2021-04-11
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