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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
用于脑中风治疗的一种具有溶栓和脑保护作用的融合蛋白
项目简介 脑卒中为脑血管破裂或血栓阻塞血管导致大脑缺血损伤,其治疗的药物非常缺乏,阿替普酶是迄今为止唯一获得FDA批准用于缺血性脑卒中的溶栓药物,易引起再灌注损伤,可延长其给药时间窗和减轻再灌注损伤。但临床上神经保护剂十分缺乏。本项目为脑中风治疗的小分子蛋白药物研究,包括两个小分子量蛋白。其一是犬钩虫抗凝多肽5(AcAP5),是一种具有强效抗血栓形成(抑制FXa)和溶血栓(抑制TAFIa)两种功能的蛋白,其中溶栓作用为本团队发现(已申请专利并获得授权)。其二是在AcAP5基础上改造的蛋白TBN(已申请专利),具有溶栓和神经保护作用功能。体内外实验表明AcAP5和TBN均具有较好的溶栓(溶解动脉血栓)、抗栓(预防脑中风血栓溶解过程中血栓再形成)和神经保护作用(减小梗死体积),“三位一体”的功能使其具有更好的治疗脑卒中效果。项目团队 王银叶,教授,在心血管领域特别是脑卒中新药研究方面有20多年的经验,发表了数十篇相关文章,主持过多项国家自然基金和科技部项目。项目骨干:朱元军,博士,讲师。擅长蛋白质/多肽的设计、表达和纯化工艺研究。项目骨干:刘晓岩,博士,讲师。擅长脑卒中的疾病模型构建,以及药物的药理活性评价及机制研究。以及硕士研究生4名。整个团队具有蛋白设计、表达、纯化、分子机制和药效学评价等技术能力和条件。 应用范围 AcAP5和TBN可用于急性缺血性脑卒中患者的治疗。流行病学调查结果表明,我国每年脑卒中新发病例高达200余万,假设仅仅5%的病人(10万)接受10000元的AcAP5或TBN等蛋白治疗,则年销售额可望达到10亿元。项目阶段 本项目处于临床前研究阶段。体内外实验表明AcAP5和TBN均具有较好的抗栓、溶栓和脑保护作用,150 nmol/kg给药剂量下AcAP5和TBN均可显著减少小鼠脑梗死的体积。
北京大学 2021-04-11
高凝胶稳定型聚合乳清蛋白增稠剂在乳制品中的应用及产业化
乳清蛋白来源于干酪生产过程中的副产品乳清,以其为原料,经水化、热改性等工艺制备聚合乳清蛋白,应用主要为脂肪替代物、酸奶增稠剂以及微胶囊壁材。 自主研发规模聚合反应器,设备操作简单、自动循环、省时省力。 聚合乳清蛋白作为乳源性增稠剂制备中国式希腊酸奶,提高酸奶质地、黏度,使结构更加致密。生产工艺操作简单,提高产率,增加蛋白质的含量,降低其他生产用增稠剂的用量,降低成本,减少传统工艺中酸性乳清排放造成的环境污染。 1500L聚合乳清蛋白反应装置 高凝胶聚合乳清蛋白清洁标签发酵乳生产 高凝胶稳定型聚合乳清蛋白清洁标签酸乳
东北农业大学 2021-05-10
用于脑中风治疗的一种具有溶栓和脑保护作用的融合蛋白
脑卒中为脑血管破裂或血栓阻塞血管导致大脑缺血损伤,其治疗的药物非常缺乏,阿替普酶是迄今为止唯一获得FDA批准用于缺血性脑卒中的溶栓药物,易引起再灌注损伤,可延长其给药时间窗和减轻再灌注损伤。但临床上神经保护剂十分缺乏。本项目为脑中风治疗的小分子蛋白药物研究,包括两个小分子量蛋白。其一是犬钩虫抗凝多肽5(AcAP5),是一种具有强效抗血栓形成(抑制FXa)和溶血栓(抑制TAFIa)两种功能的蛋白,其中溶栓作用为本团队发现(已申请专利并获得授权)。 其二是在AcAP5基础上改造的蛋白TBN(已申请专利),具有溶栓和神经保护作用功能。体内外实验表明AcAP5和TBN均具有较好的溶栓(溶解动脉血栓)、抗栓(预防脑中风血栓溶解过程中血栓再形成)和神经保护作用(减小梗死体积),“三位一体”的功能使其具有更好的治疗脑卒中效果。
北京大学 2021-02-01
葡萄糖响应型的伴刀豆球蛋白‑淀粉纳米颗粒的制备方法及其应用
葡萄糖响应型的伴刀豆球蛋白‑淀粉纳米颗粒的制备方法及其应用。本发明涉及纳米颗粒制备和食品医药领域,具体涉及伴刀豆球蛋白和支链淀粉通过组装得到葡萄糖响应性的纳米颗粒及其制备工艺。该制备工艺为配制含氯化钠的伴刀豆球蛋白(ConA)浓度为0.5‑1.5mg/mL的乙酸缓冲溶液,加入一定量的浓度为1‑10mg/mL的糊化淀粉乳,制得氯化钠浓度为0.013‑0.120g/mL的悬浮液,在15‑35℃下不断搅
青岛农业大学 2021-01-12
血液剪切力应答蛋白 1 在治疗动脉粥样硬化中的功能和应用
本发明公开了一种血液剪切力应答蛋白 1(RECS1)在治疗动脉粥样硬化中的功能和应用,属于基因的功能与应用领域。本发明以 ApoE-/-小鼠及 RECS1-/-ApoE-/-小鼠为实验对象,通过高脂饮食诱导获得动脉粥样硬化模型,结果表明与 ApoE-/-小鼠对比,RECS1 基因缺陷显著减少了主动脉的斑块面积,
武汉大学 2021-04-14
一种抑制中枢神经炎症的长效融合蛋白 TAT-HSA-α-MSH 的研究
长效融合蛋白 TAT-HSA-α-MSH 是李红玉教授团队经历 3 年研发的一种能够有效通过 BBB、具有较长半衰期且能够抑制中枢神经炎症的重组蛋白药物。该研究通过构建融合蛋白酵母表达载体、筛选高表达酵母重组菌株、高密度发酵、建立纯化方法、进行理化性质分析、免疫原性分析、检测体外生物活性、检测跨越 BBB 能力、检测体内药效及半衰期等多方面的综合研究,为抗中枢神经炎症相关药物的研发及跨血脑屏障药物递送提供了新的思路。研究成果具有独立自主知识产权,已成功申请国家发明专利 1 项。
兰州大学 2021-04-14
结核分枝杆菌融合蛋白 Mtb10.4-Hsp16.3 的构建.表达和 纯化方法及其应用
本发明选择结核杆菌生长期和休眠期主要的保护性抗原 Mtb10.4 和 Hsp16.3,构建融合蛋白 Mtb10.4-Hsp16.3(MH)。在大肠杆菌中表 达纯化该蛋白,将该蛋白和佐剂混合构建亚单位疫苗,分别于 BCG 初免后 12、14 周加强免疫 C57BL/6 小鼠两次,最后一次免疫 6 周后 检测细胞免疫反应,最后一次免疫后 10 周进行结核菌毒株&nb
兰州大学 2021-04-14
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