近日，英國巴布拉罕研究所(Babraham Institute)研究人員運用單細胞分析技術(single-cell analysis)與細胞圖譜比較，發現DNA甲基化在胚胎發育過程中的作用，有助於破譯發育成不同細胞類型的規則，以利研究人員能夠準確、安全地誘導細胞分化，進一步應用於再生醫學、發育障礙與疾病的相關研究。該研究發表於《Genome Biology》。
 
DNA甲基化在胚胎組織和器官的形成過程中非常重要，若小鼠缺乏某些關鍵甲基化酶會導致胚胎發生嚴重的發育缺陷或死亡。但目前對於發育過程中DNA甲基化影響不同種類細胞的機制所知甚少。
 
巴布拉罕研究所教授、劍橋大學表觀遺傳學名譽教授Wolf Reik，他同時也是知名矽谷抗衰老公司Altos Labs的劍橋科學研究所所長，Reik率領研究人員在剔除關鍵甲基化酶基因的小鼠受精後第8.5天、器官開始發育時，進行單細胞基因表現分析，以追蹤哪些種類的細胞因缺乏關鍵甲基化酶受到影響，而無法在胚胎中發育成型。
 
該研究使用兩種剔除關鍵甲基化酶基因的小鼠進行研究，第一種為剔除去氧核醣核酸甲基轉化酶1、3a、3b(DNMT1 3a 3b)，以研究甲基化的作用機制，第二種為剔除影響DNA去甲基化的酵素TET1、2、3(ten-eleven translocation 1/2/3)。
 
研究人員Stephen Clark表示，單細胞分析技術可以讓研究人員更詳細地分析發育過程中DNA甲基化機制，並了解到在受精第8.5天的發育時間點時，去除或不去除甲基轉化酶對於細胞種類的成形沒有影響，但是，DNA甲基轉化酶對於啟動胚胎進入下一個發育階段是必需的。
 
而剔除TET1、2、3會造成大量細胞分化產生錯誤，特別是無法產生原始紅血球(primitive erythrocytes)，此外，單細胞多體學分析顯示，這與同時剔除胚胎中TET1、2、3，導致遠端調控去甲基化失敗有關。
 
此次研究透過單細胞RNA定序技術測量DNMT和TET基因突變小鼠胚胎發育時的基因表現，將這些基因表現圖譜與參考數據進行比較，便可以辨識胚胎中的所有細胞類型，也可以分析細胞發育命運的變化。
 
Wolf Reik表示，這項研究建立探索DNA甲基化與細胞命運的豐富資源，並創建一個交互式數據平台，提供給表觀遺傳學領域的研究人員使用。
 
參考資料：https://phys.org/news/2022-09-cell-spotlights-role-dna-methylation.html
論文：https://doi.org/10.1186/s13059-022-02762-3
 
(編譯/李林璦)