论文部分内容阅读
具有自我更新能力和分化潜能的干细胞是哺乳动物早期胚胎发育过程中的关键细胞。对各种干细胞进行深入研究是理解哺乳动物发育、生长机制的关键,也是将干细胞应用于临床再生医学、治疗人类疾病的前提。在m RNA水平上,RNA编辑是真核生物转录组和蛋白质组多样性增加的转录后修饰作用。目前的研究发现,RNA编辑有助于癌症干细胞的产生和维持,而被敲除ADAR酶的小鼠可能导致胚胎死亡。在DNA水平上,内源性逆转录病毒是过去的逆转录病毒感染的遗留物。目前的研究发现,这些内源性逆转录病毒不是休眠的,它们可以为基因提供启动子或增强子。人的部分内源性逆转录病毒具有生理作用,包括影响胎盘发育中的合体滋养细胞形成和对外源性逆转录病毒感染的内在抗性等。但目前缺乏RNA编辑和内源性逆转录病毒在哺乳动物整个早期胚胎发育时期的动态变化研究,并且RNA编辑与内源性逆转录病毒之间是否存在关系也不清楚。因此,从多组学层面上获得早期胚胎发育的规律并寻找一些与细胞干性有关的基因,对研究胚胎干细胞和重编程有重要作用。本研究以人、小鼠和猪为对象采用多组学方法分析并比较了三者在早期胚胎发育时期的RNA-seq和ATAC-seq数据。主要探索了三者在该时期的RNA编辑和内源性逆转录病毒的动态变化,以及RNA编辑与内源性逆转录病毒之间的关系。虽然大多数RNA编辑位点位于基因间区、内含子区和UTR区,但也有少数编辑位点位于编码区,起非同义作用。不同ERV元素在早期胚胎发育过程中存在阶段特异性表达,且有ERV与胚胎发育相关。一些内源性逆转录病毒元素中也存在RNA编辑的现象。对人、小鼠和猪做了系统性的RNA编辑位点检测,结果发现这三个物种在胚胎发育早期存在丰富的编辑位点。进一步的关注编码区,在人、小鼠和猪的蛋白质编码区分别鉴定了4159、4516和16202个编辑位点。其中,经过T检验发现非同义编辑的编辑频率低于同义编辑的频率;同时还发现,人和小鼠中的非同义编辑基因主要与胚胎发育和细胞分裂等有关,而猪中的这些非同义编辑基因主要与脂类代谢过程有关。因此,我们推测猪的脂肪组织在早期胚胎发育期间就可能发挥作用。分析早期胚胎发育过程中的内源性逆转录病毒,结果发现不同内源性逆转录病毒的表达在早期胚胎发育过程中具有阶段特异性,与基因有相似的表达模式。同时,使用ATAC-seq数据检测早期胚胎发育时期的所有染色质开放性区域,发现一些内源性逆转录病毒序列处于染色质开放状态。进一步在这些序列上寻找motif从而鉴定相关的转录因子,发现干性相关基因的上游存在内源性逆转录病毒的表达,比如H1-8、POU5F1和TCL1A。为了进一步探索RNA编辑与内源性逆转录病毒之间的关系。本研究对内源性逆转录病毒上的RNA编辑做了分析,结果确实发现在内源性逆转录病毒上也存在RNA编辑事件。内源性逆转录病毒可以帮助一些基因表达,表达出的转录因子结合在逆转录病毒序列上,进而影响逆转录病毒或下游基因的表达。而RNA编辑后可能使转录因子无法再结合相关motif,从而影响干性相关基因的表达,进而影响胚胎发育。综上所述,本研究对早期胚胎发育时期的RNA编辑和内源性逆转录病毒做了系统分析。结果发现RNA编辑在哺乳动物早期胚胎发育过程中广泛存在。早期胚胎发育时期的众多内源性逆转录病毒位于染色质开放区域。内源性逆转录病毒上存在RNA编辑,可能通过影响转录因子进而影响下游基因表达。基于以上结论,该研究在多个方面探索了影响早期胚胎发育的分子机理,为研究生殖发育,解决遗传疾病以及干细胞再生等提供了思路。