柏林马克斯·普朗克分子遗传学研究所的一个研究小组探讨了在胚胎发育中的作用，这些因素不会改变DNA的序列，而只是表观基因地改变其"包装"。在科学杂志《自然》上，他们描述了调控机制如何有助于在早期小鼠胚胎中形成不同的组织和器官。

受精卵细胞发展成一个完整的有机体，具有许多不同的组织和器官，尽管每个细胞的遗传信息完全相同。分子的复杂时钟工作调节体内哪个细胞完成每项任务，并确定激活每个基因的适当时间和地点。

表观遗传调节因子是这种分子机制的一部分，它的作用是修改DNA分子的"包装"，而不改变潜在的遗传信息。具体来说，它们为DNA添加书签，并控制每个细胞中可以访问哪些部分。

这些调节器中大多数是必不可少的，而缺乏这些调节器的胚胎往往在发育过程中死亡，当器官开始出现。然而，这些调节器可能具有每个细胞中不同的特定功能，因此难以研究。这也是研究这些蛋白质的主要障碍，这些蛋白质不仅与胚胎发育有关，而且与癌症的形成有关。

详细检查胚胎"同一调节器存在于所有细胞中，但可以有非常不同的任务，这取决于细胞类型和发育时间，"斯特凡妮·格罗斯温特说，他是科学杂志《自然》新研究的首批作者。

格罗斯文特和她的同事海伦·克雷茨默来自柏林马克斯·普朗克分子遗传学研究所(MPIMG)的亚历山大·梅斯纳实验室，与来自哈佛大学的扎卡里·史密斯一起，现在以前所未有的精-确度成功地阐明了表观遗传调节器对胚胎发育的意义。

研究人员分析了十种*重要的表观遗传调节器。他们首先使用CRISPR-Cas9系统，专门移除受精卵母细胞调控因子的基因编码，然后在几天后观察对胚胎发育的影响。胚胎发育约六到九天后，研究小组检查了由于缺乏相关调节器而导致的解剖和分子变化。他们发现许多胚胎的细胞组成发生了重大变化。某些类型的细胞存在数量过多，而其他细胞则没有产生。

分析数千个单个细胞为了在分子水平上理解这些变化，研究人员检查了来自胚胎的数百到数千个单个细胞，从这些细胞中系统地移除了单个表观遗传调节器。

他们对近280，000个单个细胞的RNA分子进行测序，以调查功能丧失的后果。RNA中继编码在DNA上的信息，使研究人员能够利用测序技术了解细胞的身份和行为。

在他们的分析中，科学家们专注于一个发展阶段，其中表观遗传调节器特别重要。当他们比较改变和未改变的胚胎的数据时，他们发现了被调节不良的基因，以及异常过度或过度生产的基因类型。从这个整体图中，他们推导出了许多表观遗传调节器以前未知的功能。

发育过程中的复杂效果 八天大的老鼠胚胎看起来有点像海马，还没有任何器官。

"从早期胚胎的外表，人们通常只能猜测哪些结构和器官将形成，哪些不会形成，"生物信息学家海伦·克雷茨默和生物学家扎卡里·史密斯说，他们也是该出版物的第1作者。"我们的测序允许geng精-确和高分辨率的视图。

单细胞分析给了他们一个高度详细的视图，在鼠标开发的第九天。通常，关闭单个调节器导致整个相互作用基因网络的连锁反应，在发育过程中，许多不同活性或灭活基因。去除表观遗传调节器 Polycomb (PRC2) 的影响尤其显著。"没有 PRC2，胚胎看起来蛋形和非常小后，8天半，这是非常不寻常的，"克雷茨默说。"我们看到DNA的包装方式发生了巨大的变化，这种变化发生在胚胎出现形态异常之前。

研究人员发现，PRC2负责限制生殖系祖细胞的数量，这些细胞后来成为精子和卵子。如果没有 PRC2，胚胎就会产生过多的这些细胞，失去形状，并在很短的时间后死亡。