來源：生物谷原創(chuàng) 2023-07-28 10:20
在一項新的研究中，來自中國清華大學和美國加州大學戴維斯分校的研究人員發(fā)現受精卵細胞---稱為合子（zygote）---如何進行“重置”，從而使新形成的胚胎能夠按照自己的遺傳程序
在一項新的研究中，來自中國清華大學和美國加州大學戴維斯分校的研究人員發(fā)現受精卵細胞---稱為合子（zygote）---如何進行“重置”，從而使新形成的胚胎能夠按照自己的遺傳程序發(fā)育。相關研究結果于2023年7月17日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標題為“OBOX regulates murine zygotic genome activation and early development”。論文通訊作者為清華大學生命科學學院研究員頡偉（Wei Xie）和加州大學戴維斯分校獸醫(yī)學院研究教授Richard Schultz。
Schultz說，一段時間以來，人們已經知道，新受精的卵細胞的基因組是不活躍的，必須被喚醒。這一步驟被稱為合子基因組激活（zygote genome activation）。Schultz說，“為了讓胚胎發(fā)育，卵母細胞/卵子必須失去自己的身份，并通過制造新的東西來實現這一目標。我們如今知道了這種轉變是如何發(fā)生的第一步?！?/p>
為了實現這種重置或喚醒過程，胚胎需要開始將 DNA 中的基因轉錄為信使 RNA（mRNA），然后再翻譯成蛋白。第一批轉錄的基因將激活其他基因，以便執(zhí)行使胚胎發(fā)育成完整的小鼠（或人類）的遺傳程序。在此之前，人們還不知道這些首批主調控基因的身份。
RNA 聚合酶 II（Pol II）是將 DNA 轉錄為 RNA 的酶。然而，Pol II 本身是一種啞酶（dumb enzyme）。需要其他基因（稱為轉錄因子）來指導 Pol II，以便它在正確的時間轉錄“正確的”基因。
在21世紀初，Schultz敏銳地發(fā)現，在卵細胞中休眠的母體mRNA中就有這些首批轉錄因子。休眠的母體mRNA是卵母細胞特有的，因為新合成的mRNA 不會像體細胞中那樣被翻譯成蛋白。
當卵母細胞成熟成為卵子時，這些休眠的母體mRNA 會被翻譯成蛋白，然后執(zhí)行這些蛋白的功能。這些作者意識到，啟動合子基因組激活的信息將來自母體的休眠mRNA，它編碼一種主轉錄因子。
OBOX1-8 被確定為候選基因
Schultz實驗室與賓夕法尼亞大學的Paula Stein合作，確定了一個名為 OBOX 的龐大基因家族可能是候選基因。該基因家族由 8 個基因（OBOX1-8）組成。根據它們在早期發(fā)育過程中的表達譜，OBOX1、2、3、4、5 和 7 可能是候選基因。他們開始與清華大學的頡偉課題組合作，縮小候選基因的范圍。
圖片來自Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-06428-3。
頡偉課題組利用實驗室小鼠，敲除了所有可能的候選基因，然后系統(tǒng)地恢復了OBOX基因，確定了哪些基因對合子基因組激活至關重要。如果沒有這些基因，胚胎發(fā)育就會在兩到四個細胞階段停止。
最有趣也是最出乎意料的是，這些 OBOX 基因的功能具有高度冗余性：敲除一個基因可以被另一個基因取代。Schultz說，這種冗余性很可能是由于這種轉變如此重要而進化出來的。此外，這些作者還發(fā)現，OBOX 基因的功能是促進 Pol II 定位到正確的基因，從而開始激活合子基因組。
在小鼠體內，基因組激活發(fā)生在兩細胞階段。在人類胚胎中，基因組激活發(fā)生在胚胎經過幾輪分裂形成八個細胞之后。一個懸而未決的問題是，這一過程在不同物種間的一致性如何，即類似 OBOX 的基因是否參與了人類的合子基因組激活過程。這項新的研究還對理解胚胎干細胞如何遭受重編程從而使它們能夠發(fā)育成身體的任何組織具有啟示意義。（生物谷 Bioon.com）
參考資料：
1. Shuyan Ji et al. OBOX regulates murine zygotic genome activation and early development. Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-06428-3.
2. Hitting reset to start a new embryo
https://phys.org/news/2023-07-reset-embryo.html
