PNAS重磅 | 中国科学家首次报道哺乳动物单个卵母细胞DNA甲基化分析与编辑
推荐：江舜尧
编译：微遗传
编辑：马莉
2019年4月22日上海交通大学医学院仁济医院生殖医学中心孙贇教授等在著名期刊《PNAS》上发表了题为“DNA methylation analysis and editing in single mammalian oocytes”的文章。
该研究他们检验了单卵母细胞中与非遗传表型或疾病相关的甲基化信息是否可以从其同胞PB1中评估，以及是否可以以目标方式编辑。通过对单个PB1中特定区域的亚硫酸氢盐测序，研究人员能够评估其同胞卵母细胞的非遗传表型的甲基化信息。此外，通过在单个卵母细胞中进行靶向甲基化编辑，他们能够操纵与毛色相关的表型，改善单性生殖发育，并纠正小鼠模型中的家族印记障碍。
摘要
哺乳动物的卵母细胞携带特定的非遗传信息，包括下一代的DNA甲基化，这对发育和疾病很重要。然而，评估和操作特定甲基化的功能分析和治疗目的仍然具有挑战性。在这里，研究人员通过对来自其同胞第一极体(PB1)的单个卵母细胞特异性甲基化的评估，以及通过微注射介导的基于dCas9的靶向甲基化编辑操作单个卵母细胞特异性甲基化。他们优化了一种高效的单细胞亚硫酸氢盐测序方法，并证明PB1在特定区域具有与其同胞卵母细胞相似的甲基化特征。通过对单个PB1的亚硫酸氢盐测序，可以有效地评估单个卵母细胞中与拉美刺鼠黄刺(Avy)相关的毛色的甲基化信息，以及与孤雌生殖发育能力相关的印迹。基于微注射的dCas9-Tet/Dnmt-介导的甲基化编辑允许靶向操作单个卵母细胞中的特定甲基化。通过靶向甲基化编辑，我们能够逆转Avy相关的毛色，产生小鼠的足月发育，并在小鼠模型中纠正家族性Angelman综合征。他们的工作将促进对卵母细胞特定甲基化的研究，并为预防和纠正母源性传播的非遗传性疾病或障碍提供策略。
临床意义
许多哺乳动物的非遗传性疾病和发育障碍起源于卵母细胞DNA甲基化异常。然而，由于缺乏能够在单个卵母细胞水平评估和操纵特定甲基化的策略，预防和纠正这种母亲传播的非遗传性疾病仍然具有挑战性。在本研究中，研究人员使用了几种通过卵母细胞进行表观遗传的模型，表明单个卵母细胞的特异性甲基化可以通过其同胞PB1进行评估，并可以有针对性地进行编辑。他们的研究为预防和纠正母源性传播的非遗传疾病或失调提供了一种策略，也将有助于在生命的最初阶段研究母源性传播的非遗传信息。
主要图表说明
图1 单个卵母细胞核与其同胞PB1之间特定区域的类似甲基化状态。
图2 PB1目的甲基化分析评价Avy相关毛色。
图3 通过对PB1中特异性DMRs的甲基化分析，评价双侧性胚胎的发育潜能。
图4 Avy基因座的靶向甲基化编辑可逆转毛色相关表型。
图5 H19 ICR和IG-DMR的靶向从新甲基化可以使双侧性小鼠发育完全。
表1 ngH19me+IGme+/fgwt双侧胚胎的发育。
图6 Snrpn DMR靶向从新甲基化可纠正家族性AS障碍。