01
文章背景简介
BACKGROUND INTRODUCTION
干细胞是一类具有自我复制能力的多潜能细胞。在一定条件下，它可以分化成多种功能细胞。根据干细胞的分化潜能，可分为全能干细胞、亚全能干细胞、多能干细胞、专能干细胞。
全能性（Totipotent）：是早期数天胚胎中，具有分化成机体所有类型细胞和形成完全胚胎能力的干细胞。例如胚胎干细胞。 亚全能性（Pluripotent）：是具有形成机体各种类型细胞，即所有三胚层来源细胞的能力，但不具有形成胚外胎组织细胞的能力。例如间充质干细胞。 多能性（Multipotent）：是指具有形成机体内超过一种类型细胞的能力，但往往是针对特定细胞系列的。例如神经干细胞和造血干细胞 专能性（Unipotent）：只能向一个方向发展，例如各种类型的祖细胞。
组蛋白3赖氨酸9三甲基化（H3K9me3）对细胞命运控制至关重要。H3K9me3参与异染色质的形成，以防止细胞类型不相容基因的不适当表达和重复。在卵细胞受精后，会出现H3K9me3广泛的重新编码。依赖于H3K9me3的异染色质重新编码的中断对早期胚胎发育不利。与此同时，不同类别的H3K9甲基转移酶控制着不同的基因组区域，并显示出高度胚胎阶段特异性的表达模式，表明在早期胚胎中H3K9me3的调控是有条理且复杂的。H3K9me3是实现细胞全能性重编码过程中的关键障碍。除了通过受精的自然重编码过程外，细胞全能性还可以通过体细胞核移植（SCNT）获得，但SCNT的低效率也与未能消除重编码耐受区域中的H3K9me3重复元件密切相关。
最近，有报道称，一组罕见的胚胎干细胞能够瞬时进入类似2-细胞（2C）阶段胚胎的状态。除了表现出2C样的转录组特征外，这些所谓的2C样细胞的显著特征是它们扩大了形成胚胎和胚胎外组织的发育潜力。早期胚胎的稀缺严重阻碍了全能性机制的研究，而2C样细胞的鉴定为理解全能性的分子基础提供了一个独特的体外模型。通过使用2C样细胞，已经确定了在全能性建立过程中的基本调控因子及其功能。MERVL-/Zscan4+细胞（简称Zscan4+细胞）和MERVL+/Zscan4+细胞是2C-样转换过程中的主要亚群，具有相似的转录组特征。MERVL+/Zscan4+细胞主要来自Zscan4+细胞。然而，MERVL+/Zscan4+细胞能够促进胚胎和胚外组织的形成，而Zscan4+细胞的能力低于ESCs和MERVL+/Zscan4+细胞。与H3K9me3相关的多个染色质修饰剂都会参与2C样转变的调节。然而，H3K9me3在多能性到全能性转变中的作用在很大程度上任然是未知的。
为了进一步探索细胞全能性的表观遗传学特征以及MERVL+/Zscan4+细胞和Zscan4+细胞之间的不同能力，2022年12月同济大学的李虎等人在《Stem Cell Reports》（IF=7.294；Q2）发表了题为“Remodeling of H3K9me3 during the pluripotent to totipotent-like state transition”的文章，作者绘制了这些细胞中H3K9me3的全基因组图谱，并在2C胚胎、MERVL+/Zscan4+细胞、Zscan4+细胞和ESCs之间进行了详细的比较。作者发现，在MERVL+/Zscan4+细胞中，H3K9me3的去除伴随着大部分转座元件（TES）的转录爆发，而在Zscan4+细胞中，H3K9me3在TE区高度保留或重新获得，转录激活程度较低。此外，作者还发现，在类似2C的转变过程中，很大一部分滋养层干细胞特异性增强子仅在MERVL+/Zscan4+细胞中表现为H3K9me3丢失。
02
所用到的主要方法
METHODS
1. RNA-seq
2. 免疫荧光法
3. 荧光激活细胞分选法
4. CHIP-SEQ（染色质免疫沉淀测序）
03
文章主要内容摘要
ABSTRACT
与H3K9me3相关的多种染色质修饰在胚胎干细胞向2-细胞（2C）样细胞的转变过程中发挥着重要作用。然而，H3K9me3是如何被转换的以及它与细胞全能性的关系仍然不清楚。在这篇文章中，作者整合了转录组和H3K9me3的图谱，对2C胚胎和2C样细胞进行了详细的比较。从整体上看，H3K9me3基因被高度保存，基因座内的H3K9me3动态与2C类转换过程中基因表达的变化无关。在类2C转换过程中，启动子沉积的H3K9me3在基因激活中发挥非抑制作用。相反，位于上调基因附近区域的转座元件经历了H3K9me3的广泛消除，并倾向于在2C转换中被诱导。此外，很大一部分滋养层干细胞特异性增强子仅在MERVL+/Zscan4+细胞中丢失H3K9me3。因此，该文章揭示了2C样细胞独特的H3K9me3谱，有助于进一步探索全能性。
总而言之，本文的主要内容是：
1. 类2C胚胎干细胞中H3K9me3的全基因组图谱
2. 类2C转换过程中H3K9me3基因座的动态变化
3. 类2C转换过程中上调基因附近H3K9me3的动态变化
4. TES转录爆发主要发生在MERVL+/Zscan4+细胞中
5. 低H3K9me3丰度与MERVL+/Zscan4+细胞TE转录爆发相关
6. MERVL+/Zscan4+细胞系特异性H3K9me3被移除
