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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
科技讲堂第二讲|雷朝滋:加强企业主导的产学研合作 发展新质生产力推动高质量发展
中国高等教育学会科技服务专家指导委员会、中国高等教育培训中心、中国教育在线及千校万企协同创新平台共同举办“落实全会精神 建设科技强国”科技讲堂活动。旨在通过权威解读、经验分享、实践探讨等方式,全面深化对全会精神的理解,推动教育科技人才体制机制改革向纵深发展,加速新质生产力的形成,为科技强国建设提供强劲支撑。
中国高等教育学会 2024-09-24
专家报告荟萃① | 雷朝滋:加强企业主导的校企协同创新 发展新质生产力推动高质量发展
高等学校必须深入思考“强化企业主导的校企合作创新,培育新质生产力以促进高质量发展”这一议题,在当前以及未来一段时间内,高等学校作为国家科技创新的重要供给侧,究竟应该为国家和社会提供什么样的高质量科技供给?我们应采取何种策略推进科技创新,我们的主要战场又将位于何处?我们必须认识到,校企合作不仅仅是教育与产业的简单结合,而是一种深层次的、战略性的伙伴关系。
中国高等教育博览会 2024-12-04
科技讲堂第二讲预告|雷朝滋:加强企业主导的产学研合作 发展新质生产力推动高质量发展
中国高等教育学会科技服务专家指导委员会、中国高等教育培训中心、中国教育在线及千校万企协同创新平台共同举办“落实全会精神 建设科技强国”科技讲堂活动。旨在通过权威解读、经验分享、实践探讨等方式,全面深化对全会精神的理解,推动教育科技人才体制机制改革向纵深发展,加速新质生产力的形成,为科技强国建设提供强劲支撑。
中国高等教育学会 2024-09-20
山东省人民政府办公厅印发《关于强化财政支持培育发展新质生产力的实施方案》的通知
为充分发挥财政支撑、引导和保障作用,加快构建科学精准高效的财税政策体系,聚力支持因地制宜培育发展新质生产力,制定本实施方案。
山东省人民政府办公厅 2024-12-24
非接触电能传输关键技术研究
非接触电能传输技术是新型电源接入模式,是实现移动设备灵活供电的 理想方案,有重要的理论价值和广泛应用价值。本项目围绕非接触电能传输相 关关键技术展开研究。所取得的研究成果包括:a.提出一种基于包络线调制原 理的AC-AC高频变换拓扑,实现交流能量输入至交流能量输出的直接变换,提出 了系统能量转换效率。b.提出一种软开关变换电路广义频闪映射非线性建模方 法及稳定性判定方法。在此基础上,提出一种非接触电能传输系统谐振软开关 工作点计算方法,能快速确定系统的软开关工作点。c.提出一种具有最大磁场强 度自动跟踪及整定能力的多自由度拾取模式与转换技术,保证了移动设备在多 自由度运动条件下最大能量传输。d.为实现最大功率传输,提出感应电能耦合 传输系统互感耦合参数的分析与优化方法,为原副边能量耦合机构设计提供了依 据。
重庆大学 2021-04-11
三维非硅微纳集成制造技术
随着支配半导体技术数十年的摩尔定律日益接近其发展极限,多种功能器件集成被认为是超越摩尔定律延续集成电路发展进程的重要途径之一,这就需要能够满足多种功能器件高密度集成的制造技术。多元兼容集成制造技术就是为此而开发的,该技术通过在更大范围内优选结构/功能材料组合,开发异质集成制造工艺,大大拓展了功能微器件创新设计和制造的腾挪空间。经过多年探索,目前已形成了涵盖金属、聚合物、陶瓷、复合材料的MEMS异质异构制造技术体系,并在多种类型功能器件研发中发挥了关键作用,初步展现了其基础性支撑作用,相关技术获得2016年度上海市技术发明一等奖。 微系统集成发展趋势 多元兼容集成制造技术  获奖情况 上海市技术发明一等奖2016年团队获奖 国家技术发明二等奖2008年 上海市技术发明一等奖2007年 超薄超快高热流密度微通道散热器 上海交通大学团队在长期研究经验和技术积累基础上,创造性地提出了不同高热导率材料组合构造的复合结构微通道散热器设计方案,并基于多元兼容集成制造技术完成了多种尺寸样品研制,其中,热源面积与常用功率芯片尺度相当的超薄散热器冷却能力达到800W/cm2以上,在保留传统微通道散热器良好系统兼容性和适用性的基础上达到了相当高的散热能力水平,为解决高功率芯片系统超高热流密度散热问题提供了一个深具可行性的解决方案。 高温薄膜温度传感器研究  发动机燃烧室等极端恶劣环境下(高温、强振动、强腐蚀等)的工作参数现场监测对传感器技术是严峻挑战,国内外研究广泛。交大团队基于特种材料微纳集成制造技术的长期积累,在高温绝缘薄膜材料、多层薄膜应力调控、曲面图形化和高温敏感介质等技术上取得了一定突破,成功开发了多种可与现场结构共型的高温薄膜传感器,具有体积小、环境扰动小、响应快、灵敏度高、可分布式安置等优点,该团队已经掌握了温度、应力/应变、热流等多种高温状态参数测量技术,适用温度在800-1300℃之间。 薄膜绝缘电阻随温度的变化及测试结构 高温薄膜温度传感器制造及曲面图形化技术 薄膜温度传感器在发动机不同部位测温需求 无线温度传感器测温系统 高性能转接板 基于转接板的多芯片封装是2.5D高密度集成最具可行性的方案之一。但是传统的硅转接板性价比不高,阻碍了广泛应用。上海交大团队基于非硅微加工技术的长期积累,突破了硅转接板绝缘层完整性和再分布层热隔离的难题,成功研制了漏电流极低的低成本高性能硅转接板。此外,还开发了复合材料非硅转接板,TCV陶瓷转接板,TGV玻璃转接板等各种三维封装基板,实验室能够针对不同类型器件三维高密度封装的具体要求,定制开发不同功能的专用转接板,为多功能、高密度、高功率、低成本封装提供个性化解决方案。 TSV-3D 高密度封装概念图  金属-聚合物-纳米复合材料非硅基转接板实物图片
上海交通大学 2021-05-11
非流式激光散射法血细胞分类计数仪
高校科技成果尽在科转云
西安交通大学 2021-04-10
铁磁性非晶合金功能材料制备及应用
研制出了多个具有自主知识产权的铁磁性非晶、纳米晶软磁合金材料,具有优异的力学性能、软磁性能、耐蚀性能及对染料废水高效降解性能,具体研究成果包括:(1)高饱和磁感低损耗纳米晶软磁合金:研制了FeSiBPCu系列纳米晶软磁合金,饱和磁感应强度达1.8T以上,1.5T/50Hz条件下的铁损仅为0.29W/kg,是高级取向硅钢铁损的1/2,技术性能远优于日本主要生产和大力推广的FINEMET纳米晶合金系列产品,在高效节能电机、无线充电系统、新能源汽车等技术领域具有广阔市场前景;(2)铁磁性非晶合金构件涂层:制备了厚度达9mm的非晶合金构件涂层,非晶度90[[%]]以上,孔隙率低于1[[%]],平均硬度达976HV,内聚强度为237MPa;利用激光熔覆技术进一步改善其力学性能,断裂强度达1800Mpa,具有优异的耐蚀性能和耐摩擦磨损性能,适用于各种功能构件的在线修复;(3)铁基非晶合金化学性能研究:研究了FePC(Cu)、FeSiBPCu、FeBC、FeCrNbYB等非晶/纳米晶合金在对染料废水的高效降解,发现合金表面的“自更新”行为可有效提高合金的重复利用性,同时良好的热磁调谐性使合金便于降解后的自动回收,对于实现高效、低成本处理印染废水,解决水污染问题具有重要的应用价值。
东南大学 2021-04-11
铁磁性非晶合金功能材料制备及应用
研制出了多个具有自主知识产权的铁磁性非晶、纳米晶软磁合金材料,具有优异的力学性能、软磁性能、耐蚀性能及对染料废水高效降解性能,具体研究成果包括:(1)高饱和磁感低损耗纳米晶软磁合金:研制了FeSiBPCu系列纳米晶软磁合金,饱和磁感应强度达1.8T以上,1.5T/50Hz条件下的铁损仅为0.29W/kg,是高级取向硅钢铁损的1/2,技术性能远优于日本主要生产和大力推广的FINEMET纳米晶合金系列产品,在高效节能电机、无线充电系统、新能源汽车等技术领域具有广阔市场前景;(2)铁磁性非晶合金构件涂层:制备了厚度达9mm的非晶合金构件涂层,非晶度90%以上,孔隙率低于1%,平均硬度达976HV,内聚强度为237MPa;利用激光熔覆技术进一步改善其力学性能,断裂强度达1800Mpa,具有优异的耐蚀性能和耐摩擦磨损性能,适用于各种功能构件的在线修复;(3)铁基非晶合金化学性能研究:研究了FePC(Cu)、FeSiBPCu、FeBC、FeCrNbYB等非晶/纳米晶合金在对染料废水的高效降解,发现合金表面的“自更新”行为可有效提高合金的重复利用性,同时良好的热磁调谐性使合金便于降解后的自动回收,对于实现高效、低成本处理印染废水,解决水污染问题具有重要的应用价值。
东南大学 2021-04-11
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