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　　受精后，高度特化的和卵母细胞的表观基因组被重编程，以建立适合胚胎发育的全能性状态。母系遗传因素在受精后的前3天维持人类胚胎的分裂，然后在4细胞期(4C)到8细胞(8C)期发生胚胎基因组激活(embryonic genome activation，EGA)的主要波。经过EGA后，人类胚胎首先形成桑葚胚，然后形成具有明确内细胞团(ICM)的早期囊胚，植入囊胚有三种不同的细胞系：上胚层(epiblast，产生所有胎儿组织)、下胚层(hypoblast，形成卵黄囊)和滋养外胚层(trophectoderm，后来形成胎盘)。在接下来的一周内，胚胎形成额外的胚胎外谱系，外胚层开始按照原肠胚形成的预期进行定型，这在胚胎发生的第三周开始。

　　另一种可能性是在受精卵中获得可及性区域支持次要EGA，即少量基因在主要pre-EGA转录。然而这并不能完全解释在pre-EGA胚胎中存在数千个可及区域。第三种情况与发育基因调控相关。人类2C胚胎中的大多数可及启动子也在8C期获得，尽管这些启动子转录不在2C期发生，但其中许多基因后来在8C期表达 (图2A)。因此，这些可接近启动子可能在2C期“蓄势”以备以后的激活，这意味着pre-EGA染色质谱的建立可能对EGA主要基因子集的及时表达非常重要。这种pre-EGA启动子形式已经在斑马鱼中报道过，在人类胚胎中，在pre-EGA获得可及性区域在代谢和生物合成等功能上富集。单细胞方法表明，相同胚胎期的单个细胞之间总是可接近这些区域 (图2B)。与在早期发育后期获得可及性或以更异质性方式获得可及性的基因相比，这种早期可及性获得同质模式的基因在EGA后表达更高。因此，pre-EGA染色质可及性景观也可能为重要的管家（housekeeping）基因提供高水平表达的基础，从而为发育过程的发生提供基础。

　　这种染色质谱的重塑在EGA中是否具有功能作用？单细胞中染色质可及性和转录组的联合分析显示，从2C到桑椹胚期的基因表达动态反映在其启动子和假定的远端调控区的可及性动态。这些关系的因果关系尚不清楚。许多启动子在EGA处表现出其可及性区域扩大，这与转录增加一致。然而在经转录抑制剂α-amanitin处理的胚胎中，大多数启动子的可及性区域都会扩大。这表明，至少对于启动子来说，可及性增加主要先于基因表达增加。相反，可接近启动子的转录非依赖性扩大可以通过重新定位核小体的整体过程来介导。相反，α-amanitin处理也导致8C胚胎具有类似于Pre-EGA胚胎的远端调节元件可及性。这表明转录对于EGA染色质可及性的改变是必要的，至少在远端元件是如此。总之，调控区域染色质可及性与基因表达相关；然而染色质可及性变化可能在不同的调控区环境中驱动或反映EGA结果。

　　尽管人类胚胎中介导与谱系分离和变化相关的染色质可及性变化因子尚未鉴定，但有几个很有前景的线索。这包括早期小鼠胚胎发育所需的核小体重塑复合物(SWI/SNF、CHD和ISWI) ，以及与初始hPSCs中的外胚层转录因子OCT4相关的核小体重塑SNF2家族亚基，以调节囊胚谱系基因。此外虽然在人类植入前发育的所有阶段，可及性和DNA甲基化之间呈负相关，但在同一胚胎期细胞中，染色质可及性最可变区域是最一致的低甲基化区域。这表明低甲基化可能支持染色质可及性变化。这可能通过允许甲基化微小变化驱动核小体占位实质性变化，从而实现染色质可及性。或者低甲基化可能构成一种允许其他因子(包括转录因子)结合的状态，而转录因子又根据可变的可利用性影响染色质可及性。通过这种方式，染色质重塑和DNA甲基化互作可能有助于人类早期发育的细胞可塑性。

　　在哺乳动物卵母细胞和早期胚胎生长过程中，组蛋白标记沉积在时间和空间上受到高度调节。人类和其他哺乳动物的卵母细胞含有较大的非转录部分DNA甲基化结构域（PMDs）。在大多数哺乳动物物种中，卵母细胞中的PMD由H3K4me3标记。但在人类卵母细胞中，PMDs没有被H3K4me3标记，相反卵母细胞在基因启动子处具有H3K4me3强富集的狭窄区域的典型模式，中也存在类似的模式（图2A）。受精后，2C和4C人类胚胎在卵母细胞遗传的PMD中获得中等水平的H3K4me3。这样pre-EGA人类胚胎获得了在这个发育期与小鼠胚胎更相似的一种整体H3K4me3模式。然而与小鼠相比，人类卵母细胞PMDs中H3K4me3增加是有限，因为这些区域的H3K4me3水平相对于启动子中的H3K4me3水平较低，并且也仅限于富集基因的卵母细胞的PMD子集。此外一些启动子获得H3K4me3，与转录无关，但似乎反映了活性甲基转移酶的靶向性，特别是对未甲基化的CpG富集区域。在小鼠中，H3K4甲基转移酶KMT2B在启动子和PMD上以不依赖转录的方式催化H3K4me3，并可能在pre-EGA人类胚胎发挥类似作用。

　　特别重要的是这些表观基因组变化是否调控EGA基因激活。可能调节EGA基因的增强子序列经历重编程，从而导致H3K9me3丢失，并在4C期和8C期之间更易接近性，这与EGA基因被激活时间相对应。通过表达dCas9-KRAB诱导H3K9甲基转移酶的位点特异性募集，从而在人类胚胎中实验性强制H3K9me3的持久性，导致EGA基因不能完全激活和发育迟缓。这些实验表明EGA基因调控区域需要重塑，以调控其在发育过程中的激活时间。另一种可能性是4C胚胎中广泛的H3K4me3结构域有助于瞬时抑制EGA直到合适时间。这一观点在小鼠和猪受精卵中H3K4me3去甲基化酶敲除的研究中得到支持，这导致EGA基因激活减少且未能发育到囊胚期。这表明及时解决这些大结构域是必需步骤。成功EGA可能需要将H3K27ac的广泛结构域分解成narrow peaks，因为人类受精卵中组蛋白去乙酰化酶失活限制EGA基因子集转录诱导。总之，EGA前调控去除特定组蛋白修饰是确保发育进展的主要表观遗传事件。

　　8 C期EGA显著改变了表观遗传修饰因子丰度，每个修饰因子都有其对经典或非经典靶点偏好。因此，EGA（母系遗传）前与EGA（基因组转录）后表观遗传修饰因子可用性差异重塑表观基因组。例如，Polycomb组蛋白在EGA之后转录，并在发育基因附近沉积H3K27me3，在此过程中将大多数CpG富集调节区域分解为活性、二价或抑制染色质状态（图2A）。确认共修饰的二价核小体（H3K27me3和H3K4me3）需要进一步分析，如单核小体分析或ChIP分析。H3K27me3的另一个潜在功能是在EGA完成后帮助抑制启动EGA基因。在囊胚中，H3K27me3存在于EGA基因启动子处，表明其可能在影响EGA退出中发挥作用。已在牛胚胎中使用α-amanitin蛋白阻断胚胎基因组转录，从而诱导polycomb组蛋白表达。处理后胚胎的染色质状态保持在pre-EGA模式，表明转录和激活polycomb组蛋白表达是重组EGA后表观遗传图谱所必需。H3K4me3水平在4C和8C期间也发生显著变化，这与卵母细胞遗传的PMDs中H3K4me3减少和许多基因启动子中H3K4me3减少有关。这些变化伴随着H3K4去甲基化酶KDM5B的转录诱导和H3K4甲基转移酶KMT2B的下调，尽管这些蛋白在人类胚胎中的功能作用尚未验证。

　　总之，在早期人类胚胎发育过程中，组蛋白修饰在全基因组范围内发生重大变化，且在EGA因子和发育基因调控的特定基因组表征上发生变化。关键的未解决问题包括：组蛋白修饰是否调控EGA基因的及时诱导和随后的抑制？染色质修饰过程在赋予早期胚胎细胞与多谱系分化的持续能力相关的发育可塑性方面的确切作用是什么？在更多的胚胎期（包括植入后）对组蛋白修饰进行进一步分析，以及有针对性的表观基因组工程和功能丧失方法，以检测定义因子在胚胎和胚胎模型中的致病作用，将有助于克服其中一些知识空白。更广泛地说，在其他情况下的研究已经证实，染色质的组蛋白状态也决定了其他基本的细胞过程，包括DNA复制和DNA修复。更好地了解组蛋白修饰与早期人类胚胎发生中DNA复制/修复之间的关系是一个很有前景的研究方向。鉴于人类胚胎中非整倍体细胞的高发生率，这一点尤其重要。

　　几项研究进一步确定了父源基因组和母源基因组之间去甲基化存在显著差异。与小鼠类似，人类的甲基化水平高于卵母细胞，在胚胎植入前的所有时期，父源基因组经历更快的去甲基化，而母源基因组在所有植入前阶段都保持较高的残留甲基化水平。除了不同的亲本效应外，甲基化标记的基因组位点也存在差异，从而在受精卵的两个亲本基因组之间产生差异甲基化区域：父本高甲基化区域在基因间区域相对富集，而母本高甲基化区域在基因内区域富集，包括外显子和内含子。这些母系遗传的甲基化标记中的一些一直持续到胚泡期和胎盘中。除了几个特定序列外，由于亲本基因组之间的大多数DNA甲基化差异似乎不影响植入前阶段的等位基因特异性基因表达，亲本特异性甲基化的功能重要性仍不确定。

　　在人类囊胚中，ICM和滋养外胚层具有相似的DNA甲基化谱，表明滋养外胚层的初始诱导在很大程度上独立于DNA甲基化。然而DNA甲基化如何影响人类胚胎的谱系成熟和植入后发育是关键问题。植入后人类胚胎的DNA甲基化组分析表明，相当大的DNA再甲基化发生在E7和E12之间。调节de novo甲基化机制已在小鼠中得到表征，但DNMT3A和DNMT3B的相对功能贡献（两者在植入后在人类胚胎中转录上调）仍有待在人类植入后发育中进行实验验证。人类胚胎的外胚层，滋养外胚层和内胚层在DNA de novo甲基化模式中具有显著的变异性和不同步性。特别是植入后，植入后，与外胚层和滋养外胚层谱系的细胞相比，内胚层的DNA再甲基化速度较慢，并且在同一发育时期，内胚层的中位DNA甲基化水平约为外胚层的一半(33%：60%)。这表明尽管外胚层和内胚层细胞都起源于ICM，但它们具有不同的DNA再甲基化机制。也许这表明在这个特定的发育时期，相对于外胚层谱系，内胚层具有更大的发育可塑性。

　　最后，必须强调的是，广泛应用的体外细胞模型也可能发生异常表观基因组变化。hPSCs基因组印记和XCI变化影响胚胎模型和这些细胞系源类器官的保真度。进一步的意义是，目前由初始hPSCs生成的大多数人类母细胞模型由于异常印记而存在“内在缺陷”。由于印记基因的忠实调控是哺乳动物发育所必需的，因此这一缺陷可能会限制人类母细胞持续发育的能力。未来的培养方法无疑将支持在初始hPSCs中维持正常印记，但在短期内，这一表观遗传异常对有关母细胞和其他胚胎模型的发育潜力和生存力的科学、伦理和政策讨论具有影响。即使在hPSCs中大多数印记达到了完美的保真度，重要的是要注意，胎盘特异性DNA甲基化印记在包括hPSCs在内的表母细胞来源的细胞系中缺失。胎盘印记及其相关基因的错误调节会破坏hPSCs来源的滋养层细胞的诱导和生长，因此，这种内在的错误调节也可能影响hPSCs来源的胚外细胞类型的干细胞胚胎模型的保线：围绕人类胚胎发育的表观遗传调控的开放性问题以及解决这些问题的潜在解决方案