Cytosine DNA methylation is essential for mammalian development but understanding of its spatiotemporal distribution in the developing embryo remains limited1,2. Here, as part of the mouse Encyclopedia of DNA Elements (ENCODE) project, we profiled 168 methylomes from 12 mouse tissues or organs at 9 developmental stages from embryogenesis to adulthood. We identified 1,808,810 genomic regions that showed variations in CG methylation by comparing the methylomes of different tissues or organs from different developmental stages. These DNA elements predominantly lose CG methylation during fetal development, whereas the trend is reversed after birth. During late stages of fetal development, non-CG methylation accumulated within the bodies of key developmental transcription factor genes, coinciding with their transcriptional repression. Integration of genome-wide DNA methylation, histone modification and chromatin accessibility data enabled us to predict 461,141 putative developmental tissue-specific enhancers, the human orthologues of which were enriched for disease-associated genetic variants. These spatiotemporal epigenome maps provide a resource for studies of gene regulation during tissue or organ progression, and a starting point for investigating regulatory elements that are involved in human developmental disorders. Analysis of 168 methylomes from 12 mouse tissues at 9 developmental stages sheds light on the epigenetic and regulatory landscape during mammalian fetal development.

中文翻译：

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发育中的小鼠胎儿的时空 DNA 甲基化组动力学

胞嘧啶 DNA 甲基化对于哺乳动物的发育至关重要，但对其在发育胚胎中的时空分布的了解仍然有限 1, 2。在这里，作为小鼠 DNA 元素百科全书 (ENCODE) 项目的一部分，我们分析了 12 个小鼠组织或器官的 168 个甲基化组，这些组织或器官处于从胚胎发生到成年的 9 个发育阶段。通过比较来自不同发育阶段的不同组织或器官的甲基化组，我们确定了 1,808,810 个显示 CG 甲基化变异的基因组区域。这些 DNA 元素在胎儿发育过程中主要失去 CG 甲基化，而这种趋势在出生后发生逆转。在胎儿发育的后期阶段，非 CG 甲基化在关键发育转录因子基因体内积累，与它们的转录抑制相吻合。整合全基因组 DNA 甲基化、组蛋白修饰和染色质可及性数据使我们能够预测 461,141 个假定的发育组织特异性增强子，其中的人类直系同源物因疾病相关的遗传变异而丰富。这些时空表观基因组图谱为组织或器官进展过程中的基因调控研究提供了资源，并为研究人类发育障碍中涉及的调控元件提供了起点。对来自 9 个发育阶段的 12 个小鼠组织的 168 个甲基化组的分析揭示了哺乳动物胎儿发育过程中的表观遗传和调控景观。其人类直系同源物富含与疾病相关的遗传变异。这些时空表观基因组图谱为研究组织或器官进展过程中的基因调控提供了资源，并为研究人类发育障碍中涉及的调控元件提供了起点。对来自 9 个发育阶段的 12 个小鼠组织的 168 个甲基化组的分析揭示了哺乳动物胎儿发育过程中的表观遗传和调控景观。其人类直系同源物富含与疾病相关的遗传变异。这些时空表观基因组图谱为组织或器官进展过程中的基因调控研究提供了资源，并为研究人类发育障碍中涉及的调控元件提供了起点。对来自 9 个发育阶段的 12 个小鼠组织的 168 个甲基化组的分析揭示了哺乳动物胎儿发育过程中的表观遗传和调控景观。