体细胞核移植（Somatic cell nuclear transfer, SCNT）技术可以将终末分化的体细胞重编程为具有全能性的胚胎，进而产生完整的生物个体，该技术也称为克隆[1-3]。SCNT技术是目前为止唯一一种可以使体细胞获得全能性的手段，该技术在保护濒危动物和治疗人类疾病等方面具有重大意义[4]。然而，在SCNT重编程过程中存在各种表观遗传修饰的异常，使得SCNT胚胎的发育能力处于较低水平，这极大限制了该项技术的应用前景。虽然目前可以通过各种手段来矫正SCNT胚胎中部分异常表观修饰进而提高SCNT胚胎的发育率，但SCNT胚胎的出生缺陷并未被完全改善，这表明在SCNT胚胎发育过程中还存在其他未知的缺陷。

        核小体由组蛋白八聚体及其缠绕的DNA组成，是真核生物染色质的基本结构单位。核小体排布与基因的转录调控密切相关。同济大学高绍荣教授与张勇教授课题组近期合作报道了小鼠受精过程中核小体占据和定位的动态变化[5]，证明核小体排布在早期胚胎发育中起到重要作用。但在SCNT胚胎发育和重编程过程中核小体占据和定位是如何变化的及其潜在机制尚不清楚。

        2022年6月23日，高绍荣教授课题组在Stem Cell Reports杂志在线发表题为“Aberrant nucleosome organization in mouse SCNT embryos revealed by ULI-MNase-seq”的研究论文。该研究利用超低起始量的微球菌核酸酶高通量测序（ultra-low-input MNase-seq，ULI-MNase-seq）方法首次报道了小鼠早期SCNT胚胎中核小体占据和定位的动态变化图谱，并探讨了SCNT胚胎中异常的核小体定位对基因表达以及胚胎发育的影响，解析了与核小体定位相关的因素。

        该研究发现，在体细胞核注入去核的卵母细胞后1小时内，体细胞的核小体排布就会随着细胞周期的变化发生明显的改变，转录起始位点（Transcription start sites，TSSs）周围的核小体缺失区域（Nucleosome-depleted regions，NDRs）会丢失并在SCNT胚胎激活后6小时左右重新建立，这一过程实现了核小体排布的部分重编程。

        但是与受精胚胎相比，SCNT胚胎中核小体定位的动态变化相对延迟，且核小体定位的重编程不够充分，这些核小体排布的异常与SCNT胚胎基因表达的异常有关。而这些异常的核小体排布多数来自供体细胞的表观遗传记忆，这明确了供体细胞中启动子或增强子区域的核小体排布不能被完全重编程是SCNT胚胎发育的潜在障碍。该研究进一步对核小体重塑异常的原因进行了研究，证明供体细胞中组蛋白乙酰化水平的高低与启动子区域NDRs的记忆有关。

        本研究揭示了SCNT胚胎中异常核小体占据与胚胎基因表达的关系，探讨了可能影响SCNT胚胎发育的潜在因素，为理解核小体重塑在体细胞重编程过程中的作用和调控机制提供了重要线索，同时从染色质结构重塑的角度为提高SCNT胚胎的发育率提供了可能的方案，将推动SCNT技术的发展和应用。

        同济大学博士研究生阳玲月以及博士后徐小翠为本文的共同第一作者。同济大学高绍荣教授、李翀副研究员以及刘晓雨教授为本文的共同通讯作者。该研究得到了科技部、基金委和上海市科委项目支持。

1.Gurdon, J.B., The developmental capacity of nuclei taken from intestinal epithelium cells of feeding tadpoles. J Embryol Exp Morphol, 1962. 10: p. 622-40.

2.Wakayama, T., et al., Full-term development of mice from enucleated oocytes injected with cumulus cell nuclei. Nature, 1998. 394(6691): p. 369-74.

3.Wilmut, I., et al., Viable offspring derived from fetal and adult mammalian cells. Nature, 1997. 385(6619): p. 810-3.

4.Matoba, S. and Y. Zhang, Somatic Cell Nuclear Transfer Reprogramming: Mechanisms and Applications. Cell Stem Cell, 2018. 23(4): p. 471-485.

5.Wang, C., et al., Dynamic nucleosome organization after fertilization reveals regulatory factors for mouse zygotic genome activation. Cell Res, 2022.