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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
基于身份证开锁的物联网电子锁系统
基于身份证开锁的物联网电子锁系统,主要由物联网电子锁、云服务器、后台管理软件、客户端软件组成。整个系统是基于无线以太网通信技术,可实现远程无线对电子锁的监控管理,通过RFID射频识别技术识别身份证信息。该系统解决了可用二代身份证刷卡开锁的问题,实现开锁过程实名制,以及利用无线以太网络传输开锁密码、开锁身份证号、门锁状态等信息的问题。
太原科技大学 2021-05-04
吡啶酰胺类化合物及其制备方法与应用
本发明公开了一种吡啶酰胺类化合物及其制备方法与应用。该类化合物的结构通式如式I所示。相关生物活性验证,发现其中某些化合物具有特异的油菜素内酯反应,如促进黑暗中拟南芥突变体det2‑1下胚轴伸长,水稻叶片倾角增大,增强玉米耐盐胁迫的能力等。个别化合物在低浓度就具有很高的响应值,另外在高浓度情况下,还能抑制小麦的株高,延缓生长,提高其抗倒伏的能力。同时在防治野燕麦、节节麦、稗草、狗尾巴草、山羊草等禾本科杂草上具有很好的防治效果。该系列化合物制备容易,成本低廉,农业应用推广价值高,值得后续的深入研究开发。
中国农业大学 2021-04-11
高电阻率金属氧化物材料表面电镀技术
电镀作为金属材料的表面改性技术已经取得了很广泛的应用,近年来电镀也开始在非金属导电材料的表面改性领域取得相当规模的工业应用。但高电阻率氧化物材料表面金属镀覆一直以来不能采用电镀工艺,这是因为这类材料的电子电导小,电镀液中被镀金属离子不能从材料表面得到电子,所以不能沉积下来。传统的绝缘氧化物材料表面镀覆金属的方法有化学镀、真空蒸镀、溅射镀、涂覆金属浆料后再烧结等方法,各方法都有各自的优缺点。如含有氨水的化学镀银溶液不稳定,甚至有可能生成有爆炸危险的叠氮化合物。真空蒸镀和溅射镀有设备投资大、维护费用较高等缺点,涂覆金属浆料后再烧结的方法有金属层厚度不均匀等缺点。 我们发明了一种高电阻率金属氧化物材料表面电镀的技术,解决了多种高电阻率金属氧化物材料表面不能电镀的问题。高电阻率金属氧化物材料电镀的基本过程是首先对氧化物材料表面进行原子氢致电导改性处理,提高其表面电子电导,使材料表面出现半导化甚至金属化,然后在氧化物材料表面直接电镀金属层。我们在这个方向上已经进行了近十年的研究,发表了十几篇学术论文,申请了两项发明专利。      本技术适用于由氧化物功能材料制造的电子元器件表面电镀,也适用于氧化物材料颗粒或块体的电镀等,所得金属镀层厚度均匀,与氧化物材料表面具有良好的结合力。
北京科技大学 2021-04-11
含硫工业污染物治理及资源化技术
污水处理、石油化工、煤气和煤炭焦化、有色金属冶炼等行业在生产过程中往往向大气排放大量的硫化物。这些硫化物,一方面是宝贵的化工原料,另一方面又是污染环境的有害物质。硫在环境中大量以硫化氢、硫氧化物及有机硫形式存在,很多硫化物具有刺激性气味,严重影响大气环境、植物生长以及居民的日常生活。所以,严格控制这些重点行业排放含硫化物的气体,对保护环境具有十分重大的意义。 北京化工大学开发了新型含硫化物工业废气绿色净化工艺,并对脱除的硫化物进行综合利用,达到防治与资源化的双重目标。 北京化工大学研制了新型复合液体脱硫剂,开发了湿法氧化脱硫异相处理新工艺,克服醇胺吸收法及湿法催化氧化(如PDS法)等均相处理硫化氢方法中脱硫剂组成配制复杂、易降解、易流失、需要定期补给脱硫剂活性成分和脱硫工艺必须严格控制脱硫剂水反应液的酸碱度等缺陷,实现反应净化及副产物的自动分离,直接将复合气体组分中含硫成分转化为单质硫,避免脱硫过程工艺长、能耗大、设备腐蚀、脱硫剂降解、被水稀释而导致脱硫剂成分变化和流失的二次污染等问题,达到气体净化及资源化的目标。 技术指标为1、可处理废气指标: 硫化氢气体含量为0~100%(wt);2、脱硫剂指标: 热稳定性≤200℃,粘度≤100mPa·S,含水量≤20ppm,活性成分≥25%(wt/wt);3、工艺指标:温度为室温~200℃,压力为常压,空速为200~2000h-1;4、经济指标:脱硫率≥99%,硫磺纯度≥99%,使用寿命≥3年。应用范围为石油炼厂气脱硫,天然气、焦炉煤气脱硫,废水处理末端废气的治理。本项目的核心是应用异相在线分离技术。脱硫剂合成工艺简单且性能稳定,脱硫工艺具有脱硫剂流失性小、节约用水、反应分离一体化、工艺流程短及不造成二次污染的特点,能够替代传统液体脱硫剂,应用于石化炼厂气、天然气、焦炉煤气等的高浓度脱硫,也可以用于石化工业等废水处理末端低浓度有毒废气的现场处理,充分表现出适用范围广、效率高、节水、无二次污染、易再生循环使用等方面的优点,具有重大的环境保护功能,市场前景相当广阔。制作单元化操作设备与工艺,根据不同需求实施单元组合集成,设备投资小,在精细化工及资源环境领域的广泛使用将产生巨大经济效益和社会效益。
北京化工大学 2021-02-01
高导热低介电 PFA 聚合物复合材料
本成果涉及一种可用于电子封装领域的高导热低介电复合材料。通过采用不同的技术在常见聚合物基材中添加氮化硼,来制备复合材料,复合材料热导率高于 2 W/(m·K),其介电常数小于 4。该复合材料可作为热界面材料,应用于电子封装领域。
北京科技大学 2021-02-01
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