本期Nature上极少见地同时刊登了三篇文章都涉及受精后DNA结合组蛋白方式的改变和组蛋白分子修饰所产生的变化。Nature今年6月份上刊登的一篇Article也是这个方面的内容。这些研究结果都揭示了基因表达的早期调控。
新技术补充精卵到早期胚胎过程的空白
卵子受精标志着生命的开始，一直是几十年来研究的重要焦点。当分化的细胞产生胚胎时，在表观基因组上有一个引人注目的重编程过程。这个过程不改变DNA序列，但DNA和组蛋白的分子修饰的变化改变基因的表达。但是人们对受表观遗传重编程影响的基因组区域的详细内容还是缺乏了解的。四篇Nature上的文章（三篇本期的，另一篇发表在6月4日）揭示了从未受精的卵子到小鼠的早期胚胎这个过程中惊人的和意想不到的特征。
哺乳动物卵子和精子产生过程中基因表达大幅度变化，并在这些细胞完全成熟时停止。在小鼠中，受精不久后表达回复，产生基因活化的一个小的波形，这称为合子基因组激活（ZGA）。然后主要的ZGA波动出现在双细胞期的晚期。四细胞期后，一种被称为内细胞群的细胞群体发育。这些细胞会发育成真正的胚胎，可以提取在体外获得胚胎干细胞。胚胎干细胞的表观基因组的状态已经得到彻底的研究，但是更早期发育阶段仍然是难以捉摸的，主要是由于可供研究的材料的最小量的问题。
Nature近期四篇文章得到相似结论
Nature近期的这四篇文章分析了精子、卵子和小鼠早期胚胎中三个组蛋白修饰的基因组区域。作者调整了技术手段，让其能分析少量的细胞。首先我国的同济大学Liu等人，清华大学Zhang等人和挪威的奥斯陆大学医院的Dahlia等人研究了组蛋白3第4位赖氨酸的三甲基化(H3K4me3)。第二，挪威的奥斯陆大学医院的Dahlia等和6月份发表文章的清华大学Wu等人检验了赖氨酸27（K27）被乙酰基的修饰（H3K27ac）。第三，同济大学Liu等和6月份发表文章的清华大学Wu等人分析了K27的三甲基化(H3K27me3)。这些研究在分析的细胞数量上不同，以及DNA和相关蛋白（结合在一起称染色质）在分析前如何处理不相同，但都得到了相同的结论。
非规范的H3K4me3提供表观遗传记忆
在胚胎干细胞和成熟细胞类型中，H3K4me3主要集中在基因转录起始的小的DNA区域，和基因的活性相关。目前这些文章最引人注目的结构是：在卵子中，跨越超过10kb的大的基因组的区域，H3K4me3富集水平较低，很多远离转录起始位点。这种模式称为“非规范的（non-canonical）”H3K4me3在受精卵时期和胚胎双细胞期的早期阶段也持续着。
非规范的H3K4me3被发现和卵细胞生长中需要表达的基因比较靠近，这和以前的研究工作认为在卵子成熟时出现的H3K4甲基化的动态重构与基因表达变化同步是相一致的，通过DNA甲基化从而抑制转录。其次，和基因表达相关联的基因修饰出现在主要的ZGA期。因此这种非典型的表观遗传修饰，似乎是将卵细胞转录的表观遗传记忆提供给发育中的胚胎。
这些研究中还发现了很多让人意想不到的发现。首先清华大学Zhang等人观察到非规范H3K4me3在一些特定的重复序列富集，其中一些在早期胚胎中是高度活跃的。其次他们也发现去除卵细胞中的H3K4me3会导致异常转录活性的增加。奥斯陆大学医院的Dahlia等人用一种互补的方法也得到类似的结论。这个发现意味着非规范的H3K4me3在转录沉默中发挥作用。
而相反的，H3K27me3和基因抑制有关，在卵细胞和胚胎早期阶段过程中最低，而后面的越来越丰富，直到16细胞期和狭窄的H3K4me3区域显示出一种相互排斥的分布。
研究结果表明在卵子、精子和胚胎发育的早期阶段出现了激烈的表观遗传重构过程，这提示了组蛋白修饰如何在两代人之间传递，在激活新形成的基因组中起重要作用的机制。
