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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
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
宁波华茂文教股份有限公司 2021-08-23
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
《技术合同认定登记管理办法》全文发布!自3月1日起施行
加快培育全国一体化技术市场,健全技术市场制度体系,规范技术合同认定登记管理
工业和信息化部 2026-02-11
交通信息可变情报板智能控制系统
1.隧道内智能交通诱导标志板用于车辆诱导控制,诱导车辆是否可以进入隧道以及 关闭指示等,当隧道或禁止通行时,分流指示灯诱导车辆从侧道离开。正面显示文字、 图形:向前指示(绿色箭头)、变道/事故指示(黄色箭头)、禁止指示(红色叉)等符 号及速度提示等内容,反面显示包括:向前指示灯(绿色)、禁止灯(红色)等内容。 如图 1 2.隧道外情报板用于隧道口,情报板全屏由彩色模组和单色模组组成,彩色模组以 显示交通图标或限速值,单色模组以显示文字为主。有多种方法显示主控机发送的文字 和图案信息,每条有各自的标号和显示方式。如图 2 交通信息可变情报板为智能型外场设备,具有显示驱动、控制功能。
同济大学 2021-04-11
大尺寸均匀单层MoS2可控制备
单层半导体性过渡族金属硫属化合物(MX2:MoS2, WS2等)是继石墨烯之后备受关注的二维层状材料。该类材料具有优异的电学性质、强的光物相互作用、高效的催化特性等优点,在光电子学器件、传感器件、电催化产氢等领域具有非常广阔的应用前景。单层MX2材料的批量制备和高品质转移是关键的科学问题。现有方法仍面临着诸多重大挑战,例如, 难以实现晶圆尺寸的层数均匀性、单晶畴区小、生长速度缓慢、生长衬底价格昂贵、转移过程复杂、容易引入污染物等。 北京大学研发课题组是国内较早开展相关研究的课题组之一,在单层MX2材料的可控制备、精密表征和电催化产氢应用方面取得了一系列重要进展:基于范德华外延的机理,他们在晶格匹配的云母基底上首次获得了厘米尺度均匀的单层MoS2(Nano Lett. 13, 3870 (2013));在蓝宝石上获得了大畴区单层WS2(ACS Nano 7, 8963(2013));发展了一种新型的金属性箔材(Au箔)基底,实现了畴区尺寸可调单层MoS2的制备,借助STM/STS表征技术建立起了材料原子尺度的形貌/缺陷态、电子结构和电催化析氢之间的构效关系。
北京大学 2021-02-01
五轴3+2控制系统开发
从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看,其主要研究热点有以下几个方面: (1) 高速、高精加工技术及装备的新趋势。 (2) 多轴联动加工和复合加工机床快速发展。 (3) 智能化、开放式、网络化(采用TCP/IP通讯协议)成为当代数控系统发展的主要趋势。 (4) 重视新技术标准、规范的建立。 (5) 向大型化和微小化两极发展。 五轴数控机床在国内外的实际应用表明,其加工效率相当于两台三轴机床,甚至可以完全 省去某些大型自动化生产流水线的投资,大大节约了占地空间和工件在不同制造单元之间的周 转运输的时间和花费。 项目机器特点简介: (1) 本机控制系统功能强大,操作简单易学、适应范围广、高效稳定、性价比高; (2) 成熟、高性能控制系统软件,基于Windows XP/Windows2000平台安装使用性能好,时 尚实用,可以直接手动编写G代码来完成加工要求,还可完成从图形设计直接生成G代码,图 形设计软件可以通过MasterCAM、UG、CAXA等后处理软件生成G代码;三维立体刀路模拟仿 真数控实验; (3) 五轴采用伺服电机及驱动器配合精密的滚珠丝杆,电机与丝杆通过联轴器联接; (4) 体积小,单独的电气控制箱、易拆装,且可手/自动切换操作,满足各种操作需求; (5) 安全以及超高的可操控性,精美的外形设计; (6) 该小型焊机能够实现五轴联动控制、可手/自动切换操作运行,安全可靠;具有直线插 补、圆弧插补、点动、模拟运行、求教运行、自动运行、加工轨迹动态显示、程序动态显示 等基本功能,采用ISO规定的数控加工G代码编程同时支持M代码及S代码,可以完成从复杂造 型、自动生成G代码、模拟仿真到实验。
华东理工大学 2021-04-11
一种电气自动化控制箱
成果描述:本实用新型公开了一种电气自动化控制箱,包括控制箱本体和内置于控制箱本体的PLC控制器,所述PLC控制器连接有电源模块、用于用户管理操作的控制面板、用于数据采集的信息的传感器模块、数据处理模块、显示当前采集到的数据的显示模块和执行模块,所述执行模块包括半导体制冷片、报警装置、除湿机和照明灯电路,所述半导体制冷片包括散热片吸热端,所述散热片吸热端连接有散热片放热端,所述散热片放热端连接有风机。控制箱内安装半导体制冷片,可以快速达到散热的效果,结构简单。PLC控制器增加了冗余控制模块,一旦主控制模块在运行过程中出现故障,冗余控制模块可以以最快速度启动备用设备,从而维持控制箱的正常工作。市场前景分析:本实用新型公开了一种电气自动化控制箱,包括控制箱本体和内置于控制箱本体的PLC控制器,所述PLC控制器连接有电源模块、用于用户管理操作的控制面板、用于数据采集的信息的传感器模块、数据处理模块、显示当前采集到的数据的显示模块和执行模块,所述执行模块包括半导体制冷片、报警装置、除湿机和照明灯电路,所述半导体制冷片包括散热片吸热端,所述散热片吸热端连接有散热片放热端,所述散热片放热端连接有风机。控制箱内安装半导体制冷片,可以快速达到散热的效果,结构简单。PLC控制器增加了冗余控制模块,一旦主控制模块在运行过程中出现故障,冗余控制模块可以以最快速度启动备用设备,从而维持控制箱的正常工作。与同类成果相比的优势分析:国内领先
成都大学 2021-04-10
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