Cerebral Organoids Recapitulate Epigenomic Signatures of the Human Fetal Brain

表观遗传学 生物 人脑 DNA甲基化 类有机物 转录组 表观基因组 诱导多能干细胞 增强子 表观遗传学 神经科学 计算生物学 遗传学 细胞生物学 胚胎干细胞 基因表达 基因
作者
Chongyuan Luo,Madeline A. Lancaster,Rosa Castanon,Joseph R. Nery,Juergen A. Knoblich,Joseph R. Ecker
出处
期刊:Cell Reports [Cell Press]
卷期号:17 (12): 3369-3384 被引量:384
标识
DOI:10.1016/j.celrep.2016.12.001
摘要

Organoids derived from human pluripotent stem cells recapitulate the early three-dimensional organization of the human brain, but whether they establish the epigenomic and transcriptional programs essential for brain development is unknown. We compared epigenomic and regulatory features in cerebral organoids and human fetal brain, using genome-wide, base resolution DNA methylome and transcriptome sequencing. Transcriptomic dynamics in organoids faithfully modeled gene expression trajectories in early-to-mid human fetal brains. We found that early non-CG methylation accumulation at super-enhancers in both fetal brain and organoids marks forthcoming transcriptional repression in the fully developed brain. Demethylated regions (74% of 35,627) identified during organoid differentiation overlapped with fetal brain regulatory elements. Interestingly, pericentromeric repeats showed widespread demethylation in multiple types of in vitro human neural differentiation models but not in fetal brain. Our study reveals that organoids recapitulate many epigenomic features of mid-fetal human brain and also identified novel non-CG methylation signatures of brain development.

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