Single-cell multi-omics of human preimplantation embryos shows susceptibility to glucocorticoids

生物 胚泡 表观遗传学 转录组 DNA甲基化 胚胎 内细胞团 小RNA 后生 遗传学 母子转换 后代 合子 生物信息学 男科 胚胎发生 基因 基因表达 怀孕 医学
作者
Cheng Zhao,Savana Biondic,Katherine Vandal,Åsa K. Björklund,Michael Hagemann-Jensen,Theresa Maria Sommer,Jésica Canizo,Stephen J. Clark,Pascal Raymond,Daniel Zenklusen,Nicolas Rivron,Wolf Reik,Sophie Petropoulos
出处
期刊:Genome Research [Cold Spring Harbor Laboratory Press]
卷期号:32 (9): 1627-1641 被引量:13
标识
DOI:10.1101/gr.276665.122
摘要

The preconceptual, intrauterine, and early life environments can have a profound and long-lasting impact on the developmental trajectories and health outcomes of the offspring. Given the relatively low success rates of assisted reproductive technologies (ART; ∼25%), additives and adjuvants, such as glucocorticoids, are used to improve the success rate. Considering the dynamic developmental events that occur during this window, these exposures may alter blastocyst formation at a molecular level, and as such, affect not only the viability of the embryo and the ability of the blastocyst to implant, but also the developmental trajectory of the first three cell lineages, ultimately influencing the physiology of the embryo. In this study, we present a comprehensive single-cell transcriptome, methylome, and small RNA atlas in the day 7 human embryo. We show that, despite no change in morphology and developmental features, preimplantation glucocorticoid exposure reprograms the molecular profile of the trophectoderm (TE) lineage, and these changes are associated with an altered metabolic and inflammatory response. Our data also suggest that glucocorticoids can precociously mature the TE sublineages, supported by the presence of extravillous trophoblast markers in the polar sublineage and presence of X Chromosome dosage compensation. Further, we have elucidated that epigenetic regulation—DNA methylation and microRNAs (miRNAs)—likely underlies the transcriptional changes observed. This study suggests that exposures to exogenous compounds during preimplantation may unintentionally reprogram the human embryo, possibly leading to suboptimal development and longer-term health outcomes.

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