细胞核作为真核细胞中最显著的结构，是DNA复制、转录和RNA加工的重要场所。了解细胞核内部结构和功能对于分子和细胞生物学以及相关疾病研究具有重要意义。美国冷泉港实验室出版社于年出版了《Thenucleus》一书。时隔十年，年8月17日，清华大学生命科学学院颉伟团队（第一作者为清华大学生命学院博士后杜振海和级博士生张珂)受邀为第二版《Thenucleus》撰写了题为EpigeneticReprogramminginEarlyAnimalDevelopment(动物早期胚胎发育过程中的表观修饰重编程)的综述文章，并在线发表于ColdSpringHarborPerspectivesinBiology杂志。该论文详细总结了在动物配子发生和早期胚胎发育过程中表观遗传修饰动态变化的研究进展，比较了不同物种间表观信息重编程过程的差异性和保守性，并讨论了相关重编程事件在配子成熟和亲本向合子转换过程中可能的生物学功能和对个体发育带来的潜在挑战。
新生命的诞生起始于受精。终末分化的精子和卵细胞融合发育成一枚具有全能性的受精卵。在这一过程中，除了主要遗传物质DNA，染色质上还携带了大量的“表观遗传”信息被从亲代传递至子代。随着胚胎发育的进行，母源的mRNA和蛋白质逐渐降解，合子基因组在特定时期激活（zygoticgenomeactivation,ZGA）（图1），具有全能性的胚胎逐渐发育为完整个体。在这个过程中，表观遗传信息对于精确地调控基因表达和正常的胚胎发育至关重要。亲本来源的表观遗传信息是如何在子代保留、擦除以及子代是如何完成表观遗传重建的一直是领域内亟待回答的问题。近年来，得益于各种微量样品表观遗传信息检测技术的快速发展，不同物种的配子发生和早期胚胎发育中全基因组层面的各类表观遗传信息的重塑过程及其相关变化机制逐渐被揭开。本文作者系统总结了DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质三维结构等表观遗传信息在动物配子发生和早期胚胎发育过程中的动态变化规律、机制及功能，并讨论了在亲本向合子转换过程（parental-to-zygotictransition）中表观遗传重编程的待解决问题和未来研究方向。
早期胚胎发育过程中表观遗传信息的重编程
图1.小鼠早期胚胎发育中转录水平以及各种表观遗传修饰动态变化示意图
DNA甲基化
不同于精子基因组整体高甲基化，小鼠卵细胞中DNA甲基化的建立与转录活性高度相关，高转录的基因体（genebody）呈现高DNA甲基化，而非转录区域DNA甲基化水平较低。受精后，父母源基因组会经历迅速大范围的主动和被动DNA去甲基化（图1）。DNA甲基化印记（imprinting）区域甲基化信号被保留，从而调控相关印记基因的亲本基因组特异性表达，这对于胎盘、胎儿出生后发育以及大脑发育至关重要。在胚胎着床后，DNA甲基化逐步重新建立。人类胚胎发育中，DNA甲基化也经历着类似的剧烈重编程。
组蛋白修饰
小鼠精子中各种组蛋白修饰大多呈现类似体细胞的经典分布模式（canonicalpattern），而小鼠卵子细胞中多种组蛋白修饰呈现为特殊的非经典分布方式（non-canonicalpattern)。例如，H3K4me3、H3K27me3和H2AKub以宽峰，非经典方式大量积累在DNA低甲基化区域（partiallymethylateddomains,PMD）。受精后，父母本的组蛋白修饰经历不同的重编程过程，形成亲本不对称性分布状态（图1）。来源于精子的各种组蛋白修饰被迅速擦除，后续逐步在父源基因组上从头建立非经典分布模式，而卵子中的部分组蛋白修饰可以被短暂遗传至子代。之后，不同的组蛋白修饰在不同的发育时间点消除父母本不对称分布状态并进一步转化成为经典分布方式（图1）。然而，上述各种非经典组蛋白修饰分布在不同物种中并非完全保守。例如，在人类卵细胞中未发现非经典的H3K27me3修饰，同时胚胎基因组激活后绝大部分卵子H3K27me3被丢失（图2），这可能与不同物种组蛋白修饰相关酶的表达差异相关。
组蛋白修饰在配子发生和胚胎发育中发挥着重要的生物学功能。例如，H3K36me3参与小鼠卵母细胞中DNA甲基化和相应基因印记的建立；非经典H3K27me3在小鼠胚胎中作为一种不同于DNA甲基化的基因印记模式参与调节重要基因的父母本特异性表达（图2）；而早期胚胎高度不成熟的H3K9me3也是胚胎发育所必需的，异常的H3K9me3是多个物种体细胞核移植（SCNT）胚胎命运重编程过程中的主要障碍。
图2.小鼠和人类胚胎中H3K27me3修饰重编程以及H3K27me3与DNA甲基化介导的基因印记建立过程示意图
染色体高级结构
小鼠精子具有经典的区室（
