精子染色质完整性对功能的影响及其检测方法研究进展

精子染色质不仅携带父系DNA等遗传信息,还携带有结构蛋白、表观遗传信息、高级染色质结构(如基质附着区和端粒)等众多信息,这些信息在胚胎发育过程中均发挥着重要作用。本文主要综述了精子染色质携带的这些不同信息对精子功能和胚胎发育的影响及其相关检测方法的研究进展,以期为临床不育、胚胎停育和反复流产的病因筛查提供理论依据和科学的诊疗策略,改善自然受孕和辅助生殖助孕的妊娠结局。

染色质调节因子对乳腺癌预后的预测价值

目的探讨染色质调节因子(CRs)在乳腺癌中的差异表达及其对预后的预测价值。方法利用癌症基因组图谱数据库筛选乳腺癌和正常乳腺组织中差异表达的CRs,并通过最小绝对值收敛和选择算子算法-Cox回归分析构建预后风险模型,根据风险分数(Risk score)将乳腺癌患者分为高风险组和低风险组;同时分析风险模型与乳腺癌患者临床特征的相关性,并对每个基因进行单独验证。结果本研究识别了127个在乳腺癌中差异表达的CRs,并基于16个关键CRs构建了预后风险模型;低风险组患者中年龄≤65岁、StageⅠ~Ⅱ期、Ⅲ~Ⅳ期、T_(0)~T_(1)、T_(2)~T_(3)、N_(0)~N_(1)、N_(2)~N_(3)者总生存期均高于高风险组(均P<0.05)。结论CRs能预测乳腺癌患者的预后。

基于染色质和代谢重塑的力学记忆调控间充质干细胞增殖和平滑肌分化的机制研究

目的干细胞响应和记住来自微环境的力学信号,通过力学记忆调控其命运进而影响疾病治疗和再生效果。本研究旨在探究单轴拉伸载荷下基于染色质和代谢重塑的力学记忆对间充质干细胞的命运调控机制。方法对间充质干细胞加载不同振幅、频率、持续时间和加载周期的间歇单轴拉伸,通过免疫荧光染色,Real-time PCR,转录组测序,si RNA和Western blotting等手段,检测相关蛋白及基因的表达,探究力学记忆相关机制。结果实验结果表明,振幅是间歇拉伸诱导细胞转向后有序排列记忆的主要因素,而频率和持续时间是影响细胞有序排列记忆的次要因素。同时,F-肌动蛋白、黏着斑和细胞核形变比细胞排列更容易被间歇拉伸重塑。其次,发现间歇拉伸可诱导细胞形成转录记忆,并保持持续的高代谢活性。此外,间歇拉伸可促进间充质干细胞的增殖和平滑肌向分化,并通过H3K27me3介导持续性的染色质凝集影响间充质干细胞的分化效率。有趣的是,力学记忆可通过直接接触传递,加载间歇拉伸后的细胞可以重塑静态细胞的代谢稳态,并促进其增殖活性。结论间歇拉伸通过染色质和能量代谢重塑介导的力学记忆促进间充质干细胞的增殖和平滑肌分化。

脱氧核糖鸟苷酸对染色质松弛程度的调控作用

真核生物的染色质结构在基因转录、DNA修复等生物学过程中发生动态变化,其松弛程度和组蛋白修饰受到多种机制的严密调控.在研究DNA修复机制的过程中,发现敲除S期抑制基因(Spd1)可以逆转多种DNA损伤应答(DDR)突变体的表型缺陷,该遗传相互作用涉及到DDR的多个信号转导通路.Spd1的主要功能是抑制脱氧核糖核苷酸(dNTP)的生物合成,这说明敲除Spd1可以通过改变dNTP库的水平或组分来影响DNA损伤应答.进一步分析发现,Spd1缺陷促进染色质松弛,导致突变菌株的染色质对微球菌核酸酶的敏感,由此说明dNTP水平的增高可以促进染色质的紧密程度.最后,通过利用可以转运外源dNTP的FY2317菌株,制备原生质体,利用半离体的体系证明过量的dNTP,特别是脱氧核糖鸟苷酸(dGTP)可以模拟Spd1缺失菌株的表型,显著提高染色质的松弛程度.综上所述,研究发现了一种新的调控染色质松弛程度的遗传机制,可以影响DNA损伤修复的应答.

基于生物信息学筛选肠易激综合征免疫浸润下的染色质调节因子

目的:通过生物信息学分析,筛选出肠易激综合征(irritable bowel syndrome, IBS)免疫浸润下的潜在染色质调控因子(chromatin regulators, CRs),并阐述其与免疫细胞、免疫功能之间的联系。方法:整合CRs文件和IBS基因表达矩阵,进行加权基因共表达分析和差异性分析,取其交集CRs;基于交集CRs,进行蛋白质-蛋白质相互作用(protein-protein interaction, PPI)分析并构建网络图;利用基因表达矩阵进行免疫浸润的提取和量化,分析免疫细胞之间和免疫功能之间的相关性和差异性,并与PPI网络图中的CRs进行相关性分析;构建风险模型,分析与免疫浸润密切相关的CRs的风险概率,从而筛选出潜在的CRs。结果:PPI分析共确定13个IBS中存在相互作用的CRs;免疫细胞中,B细胞与滤泡辅助性T细胞的相关系数值最高,呈正相关(r=0.90);免疫功能中,检查点与T细胞共抑制的相关系数值最高,呈正相关(r=0.89);与健康受试者相比,IBS患者树突状细胞、未成熟树突状细胞、Th1细胞和抗原呈递共刺激显著增高(P均<0.05);CRs与免疫浸润相关性分析结果显示,SIN3转录调节因子家族成员B(SIN3B)与自然杀伤细胞呈正相关,丝氨酸/精氨酸重复基质蛋白2(SRRM2)与Th1细胞、抗原呈递共刺激呈正相关,而DPY30与辅助性T细胞、Th1细胞呈负相关;风险模型结果显示,SIN3B、SRRM2可能是IBS的独立风险因素。结论:SIN3B、SRRM2为IBS免疫浸润的潜在CRs,其可能通过调控自然杀伤细胞、Th1细胞和抗原呈递共刺激,从而调节IBS的发生发展。

震荡流促进内皮细胞炎症的染色质调控机制

目的以内皮细胞炎症为主要特征的动脉粥样硬化(AS)好发于血管的弯曲和分叉等震荡剪切应力(OSS)区域。课题组前期研究发现震荡剪切应力通过上调血管内皮细胞中应激颗粒关键蛋白G3BP2表达和应激颗粒形成介导内皮炎症,本研究主要是为了揭示应激颗粒调控内皮炎症的机制。方法使用微流控和平板流动腔系统进行力学加载,使用免疫荧光,活细胞实时示踪染色质等方法。结果首先发现震荡剪切应力促进内皮细胞细胞核变小,基于团队开发的细胞核力学检测FRET探针,发现震荡剪切应力降低细胞核的力学传递。随后对测序结果分析,发现调控染色质相关酶的表达改变显著,通过建立H2B和H3K9me2/3标记染色质和异染色质的稳定细胞株,利用超分辨显微镜观察EC染色质重排过程,结果显示异染色质快速下降,并且向核质扩散,引起染色质重排。进一步通过构建G3BP2敲除和过表达系统,研究应激颗粒对内皮细胞异染色质重排的机制,发现应激颗粒能调控染色质重排和内皮细胞炎症。结论本研究从无膜细胞器与细胞核合作的角度揭示了震荡剪切应力应激介导内皮炎症的新机制,有助于为血管病变提供临床诊断和防治的新思路。

染色质调节因子相关的lncRNA肾透明细胞癌预后模型的构建和验证

目的构建染色质调节因子(CR)相关长链非编码RNA(lncRNA)的肾透明细胞癌(ccRCC)预后模型,提高ccRCC的预后管理。方法从TCGA数据库下载ccRCC的转录组数据和临床数据,并通过“caret”R包将ccRCC样本以7∶3的比例分为训练集(166例)和验证集(71例)。基于“DESeq2”R包筛选出差异表达的CR及相关的lncRNA。构建CR与lncRNA的共表达网络,并筛选出相关系数|rs|>0.3且P<0.05的差异lncRNA。利用单因素Cox、Lasso和多因素逐步Cox回归分析,构建CR相关的lncRNA预后模型。计算训练集和验证集样本的风险评分,根据风险评分的中位数将ccRCC患者分为高、低风险组。K-M曲线和受试者操作特征(ROC)曲线评价模型,单因素和多因素Cox回归分析评估风险评分的独立预测性能。“DynNom”和“shiny”R包开发在线预测工具。单样本基因集富集分析探索风险评分与免疫微环境及免疫检查点的关系。结果本研究最终纳入237个肿瘤样本和72个癌旁正常组织样本,鉴定了1025个CR相关的lncRNA,最终筛选得到7个CR相关lncRNA(DUXAP8、AC026462.3、LINC01460、AL592494.1、AL353804.2、AC012462.1、AC009518.1)构建预后模型,并将其开发成在线工具(https://xzlmodelshiny.shinyapps.io/DynNomapp/)。高危组患者的生存率低于低危组(P<0.05),ROC曲线表明模型预测效能较好,单因素分析和多因素分析中风险评分的HR值分别为4.058(95%CI:2.530~6.508,P<0.001)和3.096(95%CI:1.887~5.080,P<0.001)。高风险组MDSC和Tregs细胞等免疫抑制细胞的浸润比例高于低风险组,趋化因子、免疫检查点及副炎症等通路的富集水平高于低风险组(P<0.05)。此外,风险评分与免疫检查点TNFRSF25和TNFSF14呈正相关(r>0.3,P<0.05)。结论本研究构建的CR相关的lncRNA风险模型可独立有效地预测ccRCC患者的预后。

染色质三维构象在精子发生中的研究进展

染色质是调节生物体遗传的重要物质,是维持细胞有序表达基因及蛋白质的重要载体。随着科学技术的不断进步,许多研究通过染色质构象捕获技术(High-Through Chromosome Conformation Capture,Hi-C)对染色质内部结构进行解析,对染色质区室、染色质疆域等有了更清晰的认识。在哺乳动物的精子发生过程中,染色质结构的改变对基因调控等起到了重要作用。精子发生是精原细胞增殖分化形成精子的过程,包括精原细胞的自我更新与分化、精母细胞的减数分裂以及精细胞的变形。本文主要阐述染色质三维构象捕获技术及其衍生技术、染色质的层级结构、精子发生过程中染色质三维构象变化的前沿进展,为精子发生的机制研究提供新思路。

基于TCGA构建染色质调节因子相关LncRNA的胃癌预后模型

目的通过TCGA数据库构建胃癌染色质调节因子相关LncRNA的预后模型,协助评估胃癌患者的预后。方法从TCGA数据库下载胃癌的转录组数据及临床数据,通过差异分析获得在胃癌中差异表达染色质调节因子后共表达筛选出染色质调节因子相关LncRNA,采用COX分析构建胃癌预后模型,并对其预测能力进行风险曲线分析、单因素和多因素独立预后分析、多指标采用受试者工作特征(ROC)曲线验证。结果通过差异分析得出148个在胃癌中差异表达的染色质调节因子,共表达分析及COX分析发现,12个染色质调节因子相关LncRNA具有预后作用并纳入构建预后模型。生存分析、风险曲线分析、单因素和多因素独立预后分析、多指标ROC曲线分析结果均显示该预后模型具有较好的预后预测效果。结论成功构建胃癌染色质调节因子相关LncRNA预后预测模型,能较好地预测患者预后,为胃癌治疗提供参考。

基于转录组与染色质开放性分析青稞对白粉病胁迫的响应

【目的】探究白粉病胁迫对青稞基因表达和染色质开放性的影响及青稞白粉病胁迫响应分子机制。【方法】对青稞白粉病高抗品种GND7和高感品种ZQ13进行白粉菌侵染和空白处理(利用水替代侵染),收集青稞叶片进行转录组测序和染色质开放性测序,筛选差异表达基因与差异开放性区域。【结果】ZQ13样本白粉菌侵染前后得到1647个差异基因,其中980个基因在侵染过程中上调表达,667个基因在侵染过程中下调表达。针对白粉菌侵染过程中染色质开放性研究发现,ZQ13样本侵染前后共获得7310个差异开放性区域,其中424个区域开放性上调,6886个区域开放性下调。GND7样本白粉菌侵染前后得到1119个差异基因,其中657个基因在侵染过程中上调表达,462个基因在侵染过程中下调表达。针对白粉菌侵染过程中染色质开放性研究发现,GND7侵染前后共获得2573个差异开放性区域,其中1343个区域开放性上调,1230个区域开放性上调。通过转录组和染色质开放性联合分析,筛选出AP2/ERF转录因子(HOVUSG2735700)、MYB1R1转录因子(HOVUSG4226000)等。【结论】青稞在白粉菌侵染过程中基因表达量与染色质开放性发生了较大变化,AP2/ERF转录因子(HOVUSG2735700)、MYB1R1转录因子(HOVUSG4226000)等可能在青稞响应白粉病胁迫中发挥重要作用。

染色质重塑:在疾病机制与治疗中的新视角

染色质重塑是调节基因表达和维持基因组稳定性的关键机制。近年来,随着表观遗传学研究的深入,染色质重塑在疾病的发生、发展及其治疗中的作用受到了广泛关注。特别是在癌症、神经系统疾病和代谢疾病等疾病中,染色质重塑因子的异常活动已被证明与疾病的机制密切相关。文章对其研究进展进行综述。

单细胞转录组测序和染色质可及性测序技术概述及应用

细胞异质性是生物组织的普遍特征,单细胞测序技术兴起能解决传统测序不能解决的细胞异质性带来的基因组、转录组、蛋白质组水平差异。非编码水平的染色质动态调控对基因转录调节具有重要作用,染色质可及性测序技术为科研人员提供了全基因组范围的染色质开放区域信息。单细胞转录组测序(scRNA-seq)、染色质可及性测序(scATAC-seq)技术首先被应用在动物、人体组织研究,近五年scRNA-seq、scATAC-seq技术开始应用在植物研究中。单细胞水平的高通量测序技术为分析植物细胞异质性图谱提供有力手段。染色质可及性测序是分析染色质开放、关闭区域的重要手段。近年来,上述技术在植物中的应用文献报道呈明显的上升趋势。本文深入探讨了这些新兴技术的原理和方法,以及它们的应用和对植物科学研究的贡献,并对单细胞转录组测序(scRNA-seq)、染色质可及性测序(scATAC-seq)及其联合运用在阐明植物细胞异质性和基因调控复杂机制方面进行全面概述。

染色质重塑复合体INO80调控基因表达的机制研究

真核生物基因组DNA与组蛋白形成核小体,但真核基因组仍可结合转录、复制和修复过程的一系列酶,该过程主要受ATP依赖的核小体重塑复合物的调节.核小体重塑复合物INO80具有独特的结构特征,可促进复制叉停滞后重启,并在复制叉与转录物碰撞后帮助转录的基因清除RNA聚合酶Ⅱ.此外,INO80复合物还参与DNA损伤修复并抑制与编码序列方向相反的不适当转录.这些不同功能的基础是可促进核小体滑动并进行组蛋白变异体交换的核心ATPase亚基.本文主要概述染色质重塑复合物INO80的组成及其介导的基因表达调控机制研究的最新进展,为进一步研究INO80的生物学功能以及其在发育和疾病中的作用提供基础.

基质刚度重构染色质对肿瘤细胞耐药性的影响

目的研究表明,肿瘤干细胞是肿瘤对临床化疗药物产生耐药性的元凶,但目前对其耐药性形成的力学机制所知甚少。本研究发现,肿瘤干细胞相比普通肿瘤细胞,细胞牵引力更低,染色质更疏松。而染色质构象又与DNA损伤修复效率密切相关。那么力学信号能否通过改变染色质构象调控肿瘤干细胞的耐药性,其机制仍需进一步探索。方法首先通过构建不同刚度的基质研究基质刚度对肿瘤细胞耐药性及DNA损伤修复的影响;通过细胞拉伸仪加力,调控染色质构象,探究其调控肿瘤细胞耐药的机制;随后通过RNA干扰,质粒过表达,RNA seq等方法探究力学信号调控肿瘤细胞染色质构象的机制;最后在体内验证力学干预逆转肿瘤耐药策略。结果初步证实基质刚度越高,肿瘤细胞耐药性越低,DNA损伤修复因子的表达和募集效率越高。相同浓度的化疗药物处理后,肿瘤干细胞DNA损伤程度显著低于普通肿瘤细胞。并且相较于普通肿瘤细胞,肿瘤干细胞的Ku70总量无明显变化,但更倾向于聚集在细胞核内。结论细胞外基质刚度可以作为一种力学信号影响肿瘤细胞的耐药性,目前实验结果表明力学信号可能通过调控Ku70在细胞内的定位,影响肿瘤细胞的DNA损伤修复能力,进而影响其耐药性。

组蛋白及变体在染色质重塑中的功能:以水生动物精子发生为例

两性生殖中,精子作为携带父本信息的载体,是物种延续的关键因素。精子发生经历精原细胞、初级和次级精母细胞、圆形精子、成熟精子阶段。在圆形精子形成成熟精子过程中,染色质进行重塑,细胞形态发生剧烈变化,其中,组蛋白修饰和组蛋白变体在这些过程中发挥了重要作用:如甲基化主要与基因表达的激活或抑制有关;乙酰化激活转录活性并参与组蛋白沉积和DNA修复;磷酸化促进转录后修饰或参与DNA双链断裂修复;泛素化调节不同细胞途径中各式各样的蛋白质底物。组蛋白变体在调节染色体结构中发挥重要功能:如组蛋白H1变体在分化过程中具有抑制转录的作用;组蛋白H2A和H2B变体在精子染色质包装过程中发挥特有功能;H3.3是H3最重要的变体,在细胞周期的各时期都有表达;组蛋白H4则是进化最慢的组蛋白之一,目前还没有发现其组蛋白变体。本文围绕组蛋白翻译后修饰,梳理了甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化等方面的最新进展和组蛋白变体在染色质重塑过程中的功能研究进展,随后针对各类组蛋白变体及其功能进行了总结,最后以半滑舌鳎(Cynoglossus semilaevis)为例简要介绍这些研究对水生动物精子发生的启示。

多梳蛋白抑制复合体(PRC)在植入前胚胎发育过程中对染色质三维结构重建的影响

[背景]多细胞生物发育是一个极为复杂而协调的过程,伴随着组织特异性基因的时空特异性表达.近年来,人们逐渐意识到除转录因子及组蛋白翻译后修饰能影响邻近基因的表达外,染色质的三维(3D)结构组装同样对转录发挥重要调控作用.植入前胚胎及胚胎干细胞因具有分化为多种器官组织及持续增殖保持更新的能力,成为研究基因转录调控与染色质3D构象等表观遗传修饰相互作用的重要模型.[进展]多梳蛋白抑制复合体(polycomb repressive complex,PRC)在哺乳动物不同物种中都发挥多种功能,特别是在哺乳动物的植入前胚胎发生过程中其活性及基因组结合位点均发生显著变化.PRC不仅可以通过组蛋白修饰直接参与靶基因的转录调控,也可以协同其他转录因子,通过影响染色质微环境进而参与靶基因转录调控进程.本文重点探讨哺乳动物(人与鼠)的植入前胚胎发育过程中染色质3D构象剧烈变化的规律,并归纳PRC在上述过程中作用机制的新进展.[展望]考虑到PRC在不同细胞中参与转录调控过程的复杂性,未来需要进一步实验来研究PRC的不同组分在胚胎发育过程中细胞染色质3D构象构建中的贡献,特别要注意不同附属蛋白的功能代偿性及协同性.

植物染色质重塑复合体的保守性和特异性

真核生物基因组DNA及其所包绕的组蛋白形成的核小体是染色质的基本单位。染色质的形成一方面有助于将基因组DNA组装到细胞核中,另一方面也对基因表达具有重要影响。染色质重塑因子能够利用水解ATP产生的能量调控染色质上核小体的组装、移除、滑动及组蛋白变体的置换等,从而调控基因转录和其他多种生物学过程。真核生物中的染色质重塑因子主要包括SWI/SNF、ISWI、CHD和INO80四类,这些染色质重塑因子往往以多亚基复合体的形式存在。最近的研究工作系统鉴定了植物染色质重塑复合体的亚基组成和功能,揭示了植物染色质重塑复合体相对于酵母及动物染色质重塑复合体的保守性和特异性。对于这些复合体调控基因转录分子机制的认识也在不断深入。这些发现为深入研究染色质重塑在植物生长发育和胁迫应答中的作用奠定了基础。

一种基于GFP分子荧光显示的检测大尺度染色质松弛技术的建立

在真核生物中,基因组DNA是被高度包装成染色质的形式而存在的,这就对基因在复制、转录、修复、重组时的功能分子有效地接近DNA形成了天然屏障,执行上述生化反应需要松散染色质的结构,染色质松散是染色质动态变化即染色质重塑(chromatin remodeling)的一种形式.越来越多的证据表明,染色质重塑在DNA损伤反应中起着非常重要的作用,染色质重塑过程可以把损伤应答和修复蛋白募集到损伤位点,从而完成修复.为了进一步探讨染色质重塑和DNA损伤修复的偶联机制,采用了基于Lac抑制子和Lac操纵子的大规模染色质重塑报告系统,并借助GFP分子荧光显示方法,建立了可以直观地观察染色质松散的技术.在利用该技术证实了DNA损伤应答蛋白TIP60能够强烈诱导染色质松散的基础上,发现P53诱导基因3蛋白(PIG3)在细胞辐射DNA损伤反应中也能够一定程度地诱导染色质松弛.这些结果证明此技术是可靠的,也为阐述DNA损伤修复与染色质重塑关联机制提供了新的信息.

染色质构象捕获及其衍生技术

染色质的构象在基因表达调节方面起重要作用.介绍了染色质构象捕获、环状染色质构象捕获、3C碳拷贝、ChIP-loop、ChIA-PET和Hi-C等技术的基本原理及发展历程,对影响实验结果准确性的主要因素进行了分析.目的是为在三维层面研究基因的表达调控介绍新的研究手段,为功能研究提供新思路,也为相关技术的应用提供理论参考.

精子染色质完整性对IVF/ICSI临床结局的预测价值

目的:通过分析精子染色质完整性与体外受精胚胎移植(IVF-ET)、卵细胞胞质内单精子注射(ICSI)结局之间的关系,探讨精子染色质完整性检测在辅助生殖技术(ART)中的预测价值。方法:采用精子染色质结构分析试验(SCSA)方法检测187个ART周期中精子的染色质完整性,以精子DNA损伤指数(DFI)为参数,分为高DFI组(DFI≥30%)和低DFI组(DFI<30%),两组中根据采用不同的体外受精方式分为IVF亚组和ICSI亚组。分别比较高DFI组、低DFI组中IVF亚组和ICSI亚组间受精率、卵裂率、D2天胚胎质量、D3天胚胎质量、临床妊娠率差异性。结果:在高DFI组中,行ICSI治疗的夫妇临床妊娠率显著高于行IVF治疗的夫妇,具有统计学意义;在行IVF治疗的夫妇中,比较高DFI组与低DFI组的各临床结局,未见统计学差异;在行ICSI夫妇中,比较高DFI组与低DFI组的各临床结局,未见统计学差异。结论:精子染色质完整性影响辅助生育技术的结局,在选择辅助生殖技术方案时,可作为常规精液检查的一个补充。