Nature Communications同日刊登北医三院国家妇产疾病临床医学研究中心两项重要研究成果

2021年2月23日,北京大學第三医院(北医三院)李默課題組卵巢癌发生相关研究成果和喬傑闫麗盈課題組关于早期胚胎发育机制方面的研究成果,同时在国际学术期刊《自然通讯》(Nature Communications)上在线发表。

3a6ce5d2a5f64fc09cba5aaa12b156a0.jpg

李默課題組

ced1890a70974516a7d6c77218e19d28.png

喬傑闫麗盈課題組

卵巢癌是妇科致死率最高的恶性肿瘤,严重危害女性生命健康及生育能力。由于其异质性强及转移率高,该疾病的早期诊断与治疗一直是肿瘤领域研究的重点与难点。李默課題組主要从事肿瘤的分子发生与治疗新策略研究。近年来,主要通过化学生物学、分子生物学等交叉学科新技术,发现、解析临床中重要科学问题。

90f4db023b764cf49aed099bb857ae70.jpg

原文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-021-21519-3

此项研究中,李默課題組发现BRCA1伴侣基因BARD1的单突变(P24S或R378S)不产生致癌表型,而当两单突变顺式存在时,则联合产生致癌效应,导致BRCA1/BARD1复合体功能异常及基因组紊乱。该研究提出“非强表型突变”驱动肿瘤发生的可能,揭示了人体内大量无表型突变或“良性”突变的潜在危机,也为家族型卵巢癌/乳腺癌的早期诊断提供了重要依据;同时提示,BARD1类似突变肿瘤患者适用于PARP抑制剂的靶向治疗。

e0f0da7c753d43a1979d349dda74cfe4.jpg

BARD1雙突變導致BRCA1/BARD1複合體DNA修複異常及腫瘤發生

北京大學第三医院李默研究员为该论文的通讯作者,李文静博士生和顾晓阳博士後为该论文的共同第一作者。该研究受国家自然科学基金面上项目等资助,以及国家妇产疾病临床医学研究中心平台资助。

此研究成果为该课题组系列研究成果之一。在课题组前期研究中发现,小分子多聚物PAR与抑癌基因BRCA1的分子联系,揭示靶向化疗药物PARP抑制剂在卵巢癌与乳腺癌的作用机理,拓展了该化疗药物在临床患者的适用范围 (Cancer Cell, Genes & Development, PNAS);同时,课题组积极开展交叉领域合作,在肿瘤细胞RNA代谢、CRISPR技术改良等方面也取得突出成绩,为转化医学提供了新思路 (Cell Research, Nature Chemical Biology, Science Advances)。

哺乳動物胚胎發育起始于受精卵。胚胎在卵裂期發生合子基因組激活(ZGA),不斷分裂、分化,形成具有內細胞團(ICM)和滋養外胚層(TE)細胞的囊胚。這一過程中發生了劇烈的轉錄和表觀遺傳變化。喬傑團隊前期完成了對配子及早期胚胎各發育時期轉錄組、甲基化組等圖譜的繪制,爲生殖領域相關研究提供了重要的線索。早期胚胎發育分子事件變化劇烈,同一階段不同胚胎及同一胚胎內不同的細胞間均存在較高異質性,這對于胚胎發育的轉錄和表觀遺傳學調控研究十分重要。

近日,喬傑闫麗盈團隊開發了一種單細胞多組學測序技術(scNOMeRe-seq),該技術可同時對單個細胞的RNA表達、DNA甲基化、染色質可及性進行分析。團隊利用這一技術首次對哺乳動物植入前胚胎在單細胞分辨率上多個層面的調控關系進行了全面聯合分析。

0ee12a3c50794559be8b1e6d3d114d5f.png

原文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-021-21409-8

該研究的主要發現有:一、利用胚胎中單細胞DNA甲基化信息的特征,成功實現了對從合子到八細胞發育階段的每個卵裂球進行遺傳譜系重建分析;在此基礎上,進一步研究發現,胚胎在前三次分裂過程中,胚胎中卵裂球間的轉錄異質性逐漸增加,細胞的不對稱分裂可能是導致卵裂球在前三次分裂過程中轉錄組異質性逐漸增加的主要原因。二、既往研究發現,卵母細胞基因組在轉錄活躍的基因區高度甲基化,而在基因間區呈低甲基化。精子基因組在基因間區處于高甲基化水平。本研究發現,在植入前胚胎發育過程中,母本基因組高甲基化區域主要富集在基因區域,而父本基因組高甲基化區域主要富集在遠端的基因間區。結果提示,來源于卵母細胞和精子的等位基因間的DNA甲基化水平的差異在整個植入前胚胎發育過程中維持不變。進一步研究發現,在植入前胚胎發育過程中基因區域DNA甲基化與轉錄的正相關主要由母本基因組所致,父本基因區域的DNA甲基化與基因轉錄不相關。三、通過對植入前胚胎的轉錄組和染色質開放性的動態變化進行整合分析,發現了一系列可能參與調節ZGA過程的順式作用元件。包括多種組蛋白修飾(H3K4me3,H3K27ac和H3K27me3)在內的多個層面表觀遺傳學修飾,並發現重複元件精確調節這些順式作用元件的活性,可確保合子基因組的正確激活。此外,單細胞水平轉錄因子活性和轉錄水平分析表明,Klf4、Rarg和Nr5a2在ZGA中可能具有重要作用。四、研究確定了參與調節囊胚ICM/TE特異性轉錄調控網絡的順式作用元件,其中部分順式作用元件早在合子時期已被激活,其余部分在發育過程中逐步激活。參與TE譜系特異性轉錄因子(Tcfap2a和Gata家族)在激活TE分化和抑制ICM分化中起著雙重作用。

以上研究不僅爲植入前胚胎發育過程中的功能性調控提供了新的見解,而且爲表觀遺傳調控機制的解析提供了啓示。

1571d84009844e0284c111649cb90de2.jpg

scNOMeRe-seq示意圖

北京大學第三医院闫丽盈研究员和乔杰院士为该论文的通讯作者,王洋博士後、袁鹏博士、严智强博士和杨铭博士为该论文的共同第一作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和北京大學临床科学家计划专项支持。

北醫三院國家婦産疾病臨床醫學研究中心成立于2014年,在中心主任喬傑院士的帶領下,研究領域重點圍繞生殖障礙性疾病研究、輔助生殖技術安全性、胚胎發育與遺傳診斷、生育力保護保存、圍産保健與胎兒醫學、婦科惡性腫瘤診治等,旨在建立針對女性生殖健康的全方位診療防控網絡體系。

目前,该中心拥有中国工程院院士1名、美国人文与科学院外籍院士1名,教育部“长江学者特聘教授”1名,并拥有10余名突出人才,已成为一支集基础研究、临床实践、公共卫生于一体的国家妇产疾病临床研究团队。团队承担了国家科技支撑计划、国家重点研发计划、卫生部公益性行业科研专项、国家自然科学基金委重点专项和创新研究群体项目等多项国家重大科研項目,荣获国家科学技术进步奖二等奖3项、省部级一等奖3项、全国创新争先奖1项,在NEJM、JAMA、Lancet、BMJ、Nature、Science、Cell等国际顶级期刊上发表学术论著300余篇。

(北京大學第三医院)