低氧對著床前胚胎發育過程中轉錄基因及附基因調控角色之探討

低氧(hypoxia)為影響囊胚、胎盤、及胚胎發育過程中主要的一種壓力因子，如今也被認 為低氧可能經由附基因調控(epigenetic regulation)的機制，影響包括印痕基因(genomic imprinting)、gene reprogramming、和基因的表現。目前主要的文獻顯示在著床前的囊胚 是處於較低氧濃度的環境，並且許多研究顯示低氧環境對幹細胞的生長培養是有益處 的，但缺氧對囊胚發育過程的影響機制仍未明。為了研究在缺氧壓力下，胚胎發育過程 中的基因調控，本計畫將研究老鼠囊胚在無氧(0% O2)和缺氧環境(1, 5, 10% O2)下，比較 信使核醣核酸(mRNA)和微小核醣核酸(microRNA)的表現，以及附基因調控的差異。在 我們之前的研究中，利用整合基因晶片(cDNA microarray)與核醣核酸放大(T7-based RNA amplification)兩種技術，我們已經發現一些在囊胚發育與孵化過程中受到調控的基因， 其中包括與附基因調控相關，如基因甲基化(DNAmethylation)和histone acetylation 相關 基因Dnmt1、Dnmt2、Dnmt3a、Dnmt3b、HD-1、SIN3a、Sin3b 等；此外，部分低氧誘 導因子如HO-1 和HIF-1 也被發現在附基因調控中扮演重要的角色，且在囊胚發育及著 床過程中具有存活因子的功能。在本計畫中，我們將把研究焦點放在四個主要的研究目 標：(1)計劃的第一年，我們將研究低氧環境對胚胎發育過程產生的影響; 並利用基因晶 片(Affymetrix DNA Chip)及Q-PCR-based megaplex pre-amp microRNA assay 分析並比較 低氧對囊胚發育的基因表現圖譜，包括(transcriptomics and microRNA)；(2) 計劃的第 二年，我們將進一步研究老鼠囊胚在低氧環境下附基因調控因子，包括DNA 甲基化和 histone acetylation 所扮演的角色與機制；(3) 在計劃的第三年，我們將研究低氧誘導因 子(例如, HO-1 和HIF-1 等)在囊胚、胎盤和胚胎發育過程中扮演的角色；(4) 進一步以 生物統計學相關研究分析低氧誘導後的基因表現，比較之前附基因調控和胚胎發育的訊 息調控(包括利用genome-wide iterative enrichment analysis/composite regulatory signature database (CRSD))，找出低氧對胚胎發育過程的影響與可能的機制。此一研究成果將有 助於我們了解低氧環境對囊胚發育的影響，進而有助於改善體外培養胚胎的技術，並對 生殖醫學做出貢獻。