当卵子和精子融合时，细胞核内DNA的全面重组就开始了。表观遗传学在这一过程中起着至关重要的作用，通过对DNA及其相关蛋白的化学修饰来调节基因活性。“我们想了解这些表观遗传程序如何影响基因活性，并确保细胞正确执行其发育任务，”研究负责人Maria-Elena Torres-Padilla教授解释说，她是亥姆霍兹慕尼黑表观遗传学和干细胞研究所所长，Ludwig-Maximilians-Universit?t （LMU）生物学院教授。“以前，人们不知道受精后是否有一个单一的中心机制控制核组织。我们的研究结果表明，受精后，多个平行的调控途径控制核组织，相互加强。”
为了破译这种重组的机制，研究人员在小鼠胚胎中进行了中等规模的扰动筛选。为了绘制早期胚胎的表观遗传变化，他们采用了最先进的分子生物学技术（见下面的信息框）。分析揭示了涉及核组织的多个冗余监管机制。
此外，实验表明，与先前的假设相反，基因活性并不严格由核定位决定。“基因在细胞核中的位置并不总是与其活性相关，”该论文的第一作者、表观遗传学和干细胞研究所的博士研究员Mrinmoy Pal解释说。尽管转移到传统上被认为不活跃的核区域，一些基因仍保持活性，而在其他情况下，类似的重新定位导致基因表达急剧减少。“这挑战了核组织和基因组功能的经典模型，”Pal总结道。
更令人惊讶的是，即使在受精卵第一次分裂之后，胚胎也能自我纠正细胞核组织的中断。如果核组织在第一次细胞分裂之前被破坏，它可以在第二个细胞周期中被恢复。这表明早期胚胎不仅具有弹性，而且还具有补偿其初始核组织错误的机制。研究人员发现，这一过程是由母体卵细胞遗传的表观遗传标记调控的。如果这些母体信号被破坏，胚胎可以激活其他的表观遗传程序，最终恢复可能不是来自母体的正确的核组织。这表明胚胎可以利用不同的发育起点来预防发育缺陷。
这项研究的发现可能具有广泛的意义：在早衰症（一种导致早衰的遗传疾病）等疾病中，与核层相关的DNA会发生重大破坏。此外，一些癌症与核基因组组织的变化有关。托雷斯-帕迪拉说：“我们的研究结果可以帮助我们更好地理解这些机制，并从长远来看，开发新的方法来专门影响表观遗传程序，以改善疾病的结果。”
为了研究早期核组织背后的表观遗传机制，研究人员使用了高分辨率分子技术的组合：
Dam-ID：该方法识别与核膜（一种排列在核膜内部的蛋白质支架，影响DNA结构）相互作用的DNA区域，从而告知三维基因组组织。
RNA-seq：这项技术测量早期胚胎中的基因活性，以分析基因表达的变化。
CUT&RUN和CUT&Tag：这些方法能够精确绘制表观遗传标记，这些标记对调节核组织至关重要。
通过结合这些技术，研究小组能够全面绘制胚胎发育最初几个小时内核组织的动态，并揭示其可塑性。
