胚胎发育早期关键转录调控因子及其转录调控网络研究

The precise control of maternal to zygotic transition (MZT) determines the normal development of early embryos. Mechanism study of key regulators that controlling the human early embryonic development is of great significance for clinical prevention and treatment of human disease, such as dysgenesis and birth defect. However, due to the scarcity of materials and ethical issues, largely collect human embryos is impossible for early embryonic development studies. We plan to find out the key regulators and their transcriptional regulatory network that controlling human early embryonic development processes using mice based on the conservation of this mechanism. Via transcriptome and DNA methylome analysis using time-course data of early development stages and male and female gametes, we determine to identify the candidate key transcription factors and differentially methylated regions (DMRs) controlling gene expression of the first wave transcripts. Next, with the aid of the well-established technology in our lab, such as CRISPR-Cas9, haploid embryonic stem cells (haESCs) and histological and embryological methods, we will validate some key regulators and their DMRs. Finally, the transcriptional regulatory network of key regulators will be constructed. Hopefully, this project could provide new cues for protection and treatment of relevant human diseases.

母源型调控向合子型调控转换时期的精确调控是决定胚胎早期正常发育的关键。研究人类自身胚胎早期发育的调控机制对预防和治疗诸如人类生殖障碍和出生缺陷等疾病意义重大。然而，由于材料的稀缺和伦理问题，大规模搜集人类胚胎来研究人类自身胚胎发育早期的关键调控因素几乎不可能。本课题拟以人和小鼠胚胎发育早期调控机制的保守性为基础，以小鼠为模式生物，结合已报道人类胚胎高通量数据，研究影响人类胚胎早期发育的关键调控因子和转录调控网络。通过对小鼠在该时期各个阶段的转录组和雌雄配子DNA甲基化组分析，鉴定激活第一波转录的候选关键转录因子和差异的DNA甲基化区域(DMRs)。之后，利用本实验室建立起来的CRISPR-Cas9和单倍体胚胎干细胞技术，结合组织胚胎学手段对以上候选关键调控因子及其DMRs进行筛选，并建立关键转录因子的转录调控网络。本研究有望为人类相关疾病的预防和治疗提供新的线索。

母源型调控向合子型调控转换时期的精确调控是决定胚胎早期正常发育的关键。研究人类自身胚胎早期发育的调控机制对预防和治疗诸如人类生殖障碍和出生缺陷等疾病意义重大。然而，由于材料的稀缺和伦理问题，大规模搜集人类胚胎来研究人类自身胚胎发育早期的关键调控因素几乎不可能。本课题通过对NCBI公共数据库中人胚胎发育早期高通量数据分析，进一步证实了以往研究中认为的人类胚胎发育早期第一波转录的基因是主要从4细胞期开始的，即ZGA是主要是在4-8细胞期开始的。但在4细胞期以前，一些母源转录已经开始降解了，其中有一些重要的转因子和染色体重编程因子，如DMRTA1, EMX1, HHEX, JARID2, MAFG, MTF2, MXI1, NFE2L2, TFAP2D, UNKL等。通过miRNA-target网络分析发现，在4细胞期之前就开始降解的母源转录本可以一些miRNA调控。其中的TNRC6B, CELF1可以被很多miRNA调控，暗示这些基因可能在MZT过程中的调控母源转录本降解方面起着重要作用。此外，一些在4细胞期后开始表达的合子基因中，有一些出现在合子激活的早期，这些合子基因中有一些转录因子，可继续调控以后基因的表达，如MYC,KLF4,SOX2,NANOG。本研究有望为人类相关疾病的预防和治疗提供新的线索。