Genome-Wide Analysis of DNA Methylation Dynamics during Early Human Development

Abstract

DNA methylation is globally reprogrammed during mammalian preimplantation development, which is critical for normal development. Recent reduced representation bisulfite sequencing (RRBS) studies suggest that the methylome dynamics are essentially conserved between human and mouse early embryos. RRBS is known to cover 5–10% of all genomic CpGs, favoring those contained within CpG-rich regions. To obtain an unbiased and more complete representation of the methylome during early human development, we performed whole genome bisulfite sequencing of human gametes and blastocysts that covered>70% of all genomic CpGs. We found that the maternal genome was demethylated to a much lesser extent in human blastocysts than in mouse blastocysts, which could contribute to an increased number of imprinted differentially methylated regions in the human genome. Global demethylation of the paternal genome was confirmed, but SINE-VNTR-Alu elements and some other tandem repeat-containing regions were found to be specifically protected from this global demethylation. Furthermore, centromeric satellite repeats were hypermethylated in human oocytes but not in mouse oocytes, which might be explained by differential expression of de novo DNA methyltransferases. These data highlight both conserved and species-specific regulation of DNA methylation during early mammalian development. Our work provides further information critical for understanding the epigenetic processes underlying differentiation and pluripotency during early human development.

Imprints and DPPA3 are bypassed during pluripotency- and differentiation-coupled methylation reprogramming in testicular germ cell tumors

“…To investigate genomic imprinting in our TGCT samples, robust imprinted methylation modules including distinct germline and secondary maternal and paternal imprints (gMME, sMME, gPME, and sPME) (Okae et al 2014) were empirically derived from reference tissue panels assayed on the same 450K platform (see Methods) (see Supplemental Tables S2, S3; Supplemental Fig. S11).…”

DOHaD et programmation pré- et péri-conceptionnelle

“…Elle présente, elle aussi, une asymétrie parentale lors de la fécondation. Chez la souris comme chez l'homme, le génome du spermatozoïde est plus méthylé que celui de l'ovocyte [10][11][12]. La distribution de la méthylation n'est pas strictement identique dans les deux types de gamètes.…”

“…Ainsi les ovocytes humains et murins présentent des méthylations en dehors des îlots CpG [10,11]. Ces génomes gamétiques sont globalement déméthylés durant la période s'étendant entre la fécondation et les premiers stades de clivage selon des cinétiques qui peuvent varier selon l'espèce [12]. Toutes les régions du génome ne sont pas affectées de la même façon par cette déméthylation [11][12][13][14].…”

“…Ces génomes gamétiques sont globalement déméthylés durant la période s'étendant entre la fécondation et les premiers stades de clivage selon des cinétiques qui peuvent varier selon l'espèce [12]. Toutes les régions du génome ne sont pas affectées de la même façon par cette déméthylation [11][12][13][14]. Toutefois, le génome embryonnaire reste globalement hypométhylé jusqu'au stade blastocyste inclus.…”

“…De même, la méthylation de certains CpG spécifiques du sperme ou de l'ovocyte est maintenue dans la masse cellulaire interne et dans l'embryon post-implantatoire chez la souris [11]. Ce phénomène est rapporté également pour des méthylations spécifiques de l'ovocyte chez l'homme [12]. Le lien entre ces modifications épigénétiques et l'activation transcriptionnelle du génome embryonnaire n'est pas totalement élucidé.…”