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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
宁波浪力仪器有限公司(余姚市朗海科教仪器厂) 2021-08-23
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
折叠履带式底盘及车辆
本实用新型公开了一种折叠履带式底盘及车辆,底盘的主履带总成的前端铰接有副履带总成,之间连接有折叠油缸。在越野行驶中,在一般地面采用主履带驱动行驶;在攀越陡峭阶梯障碍时,采用主、副履带联合驱动并通过双履带伸展运动通过障碍。可适用于各种履带式车辆,如农用履带拖拉机、履带式挖掘机、履带式军车、履带式采伐机、履带式推土机、履带式铲车等。
北京林业大学 2021-02-01
悬挂式防飞溅手术隔离罩
由来自上海交通大学医学院附属第九人民医院、上海交大生物医学工程学院、上海清华国际创新中心、上海市公共卫生临床中心的研发人员组成的联合研制团队设计发明的“一次性防飞溅隔离巾”已经用于抗“疫”前线;而经过短短数日,“抗‘疫’盔甲”得到全面优化,第二代“悬挂式防飞溅手术隔离罩”已被送往救治一线,更加降低了新冠疫情诊治临床一线医护人员在病床前操作时暴露感染风险,避免了诊治过程操作引起的二次污染,尽可能将污染源局限在隔离装置内。
上海交通大学 2021-04-10
便携式可控制氢技术
便携式燃料电池在单兵电源、应急电源、无人微型飞行器机载电源等领域具有广阔的应用前景,这些重要的应用领域都要求燃料电池系统配备简易、高效的制(储)氢装置。本项目以自行研制的高效、长寿命的硼氢化钠水解催化剂为核心,实现硼氢化钠溶液的可控制氢。装置核心为一微型固定床反应器,硼氢化钠溶液被微型泵可控地注入反应器,瞬间分解产氢,转化率接近100%。产生的氢气经过微型碱雾分离装置除碱后直接进入燃料电池电堆。制氢装置平时只需要携带固体硼氢化钠粉末,使用时加入普通自来水(或清洁的河水、溪水等)即可。固体硼氢化钠的重量储氢量超过10%,在不计水重量的情况下可超过20%,具有巨大的应用优势。
华东理工大学 2021-02-01
蠕动掘进式星壤潜入器
一种蠕动掘进式星壤潜入器,包括:掘进单元,进尺单元,定姿单元,其特征在于:掘进单元中,主掘进电机安装在主机架上,电机轴与花键传动轴相连,花键传动轴与掘进头连接,掘进头与主机架之间安装有密珠轴承,主机架与掘进头之间安装有调力弹簧和压力传感器;掘进头可相对于主机架转动和向下移动实现回转下潜,而下潜压力可以通过调力弹簧和压力传感器进行调节和监控.本发明的有益效果是:结构精巧,设计合理,自动化控制运转,工作过程平稳有序,专门为星体探测设计使用.
哈尔滨工业大学 2021-05-04
非震动式硬币分类机
成果描述:本实用新型提供一种非震动式硬币分类机,包括盖板、第一筛选机构、新一毛硬币筛选板、第二筛选机构、五毛硬币筛选板、新一毛硬币收集盒、底板、第三筛选机构、五毛收集板、旧一毛硬币筛选板、旧一毛硬币收集板、旧一毛硬币收集盒、一元硬币收集盒、五毛硬币收集盒、机架和引导板。本实用新型结构简单,制造和使用都很简便,并且在使用过程中不需要电力驱动噪音小,设备使用寿命长。市场前景分析:本实用新型结构简单,制造和使用都很简便,并且在使用过程中不需要电力驱动噪音小,设备使用寿命长。与同类成果相比的优势分析:国内先进
成都大学 2021-04-10
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