J Pharm Anal | 公共卫生学院王慧/李辰等团队研发超敏蛋白质组技术并描...

　　

5月12日，著名医学期刊Journal of Pharmaceutical Analysis的《Single-cell and ST Omics》特刊，在线发表了题为“Ultrasensitive proteomics depicted an in-depth landscape for the very early stage of mouse maternal-to-zygotic transition”的研究论文。该研究由公共卫生学院和单细胞组学与疾病研究中心王慧教授、李辰研究员团队携手中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）刘真研究组、上海中科新生命生物科技有限公司（中科新生命）创新研究院团队合作完成。该研究为单细胞或低投入的小鼠卵细胞和早期胚胎样本提供了一整套的超敏蛋白质组技术综合解决方案（a Comprehensive Solution of Ultrasensitive Proteome Technology, CS-UPT）。应用其中的深度覆盖路线，每个样品仅投入20个小鼠卵母细胞或受精卵，研究人员共获得近5500种蛋白质的精确定量信息，描绘了小鼠母源-合子转换（MZT）早期阶段的深度蛋白质组景观，进一步绘制了以转录因子和激酶为中心的蛋白质调控网络，为小鼠的初级合子基因组激活（minor ZGA）过程提供了蛋白质层面的深入解析。

哺乳动物的受精和着床前胚胎发育是一个复杂的生物过程，涉及一些关键事件，如合子基因组激活(ZGA)和第一次细胞谱系分化。受精触发了卵母细胞从终末分化到全能状态的细胞命运转变，这一过程称为母源-合子转换(MZT)。随着单细胞或低投入多组学技术的飞速发展，近年来已有一些研究工作在表观遗传 、转录和翻译等层面上绘制出这一复杂而神秘的发育图谱。然而，由于蛋白质具有不可扩增的特性，针对单细胞或低投入的蛋白质组技术发展相对缓慢。以往研究小鼠着床前胚胎发育时，为了获得足够鉴定深度的蛋白质组数据，每个样品常需要收集成百上千枚小鼠胚胎，大大提高了该领域研究的门槛。

因此，本文的研究人员为单细胞或低投入的小鼠胚胎样本，开发了超敏蛋白质组技术综合解决方案（CS-UPT），包含高通量或深度覆盖两条技术路线（图1）。通过高通量技术路线，研究人员可以在最快4天内采集300枚单个小鼠受精卵的蛋白质组数据，同时单个小鼠受精卵可以鉴定到超过1500种蛋白质，这为未来对着床前胚胎进行大规模蛋白质组数据采集提供了技术支持。通过深度覆盖技术路线，研究人员可以从单个或20个小鼠受精卵中平均定量到2665种或4585种蛋白质；也就是，使用CS-UPT中深度覆盖技术路线的较优胚胎投入量（20个），可以在保持鉴定深度的同时将起始胚胎数目降低400倍，从而大幅度降低了这一研究领域的准入门槛。

图1 CS-UPT技术流程及应用

应用CS-UPT中深度覆盖路线，研究人员描绘了小鼠MZT早期阶段的深度蛋白质组景观，从包含近5500种蛋白质的定量数据中观察到受精前后蛋白质层面上显著的功能差异。接下来，研究人员又进一步地绘制了MZT早期阶段一个围绕33个转录因子、37个激酶和2个皮层下母源复合体（Subcortical maternal complex, SCMC）核心蛋白的精细调控网络。值得注意的是，大多数差异表达的转录因子、激酶和SCMC蛋白在1细胞阶段的胚胎中上调，这表明复杂的蛋白质调控网络在1细胞阶段的minor ZGA中起关键作用。此外，Ywhae与转录因子和激酶参与的功能模块拥有最多的相互作用，提示它在MZT早期阶段起着重要作用。这些发现都从蛋白质水平为小鼠着床前胚胎发育中的MZT和minor ZGA等重要生物学事件提供了新的见解和研究思路。

公共卫生学院和单细胞组学与疾病研究中心王慧教授、李辰研究员，中科院脑智卓越中心刘真研究员，中科新生命李紫艺博士为该论文的通讯作者。公共卫生学院和单细胞组学与疾病研究中心研究助理顾蕾、2020级直博生李旭苗，中科院脑智卓越中心朱文成博士，中科新生命沈怡博士为该论文共同第一作者。该研究得到科技部、基金委、中科院和上海市科委等多项基金的资助。