中美学者Nature最新发文:按重置键开始一个新的胚胎!

【字体: 时间:2023年07月22日 来源:AAAS

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  中美科学家的最新研究显示,受精卵如何“复位”,从而使新形成的胚胎能够按照自己的遗传程序发育。

  

中美科学家的最新研究显示,受精卵细胞(或称合子)如何 "重置"的,从而使新形成的胚胎能够按照自己的遗传程序发育。这项研究发表在7月17日的《自然》杂志上。

加州大学戴维斯分校兽医学院的教授Richard Schultz说:“科学家们已经发现,新受精的卵细胞的基因组是不活跃的,必须被唤醒。”这一步被称为合子基因组激活(ZGA,zygotic genome activation)。

“为了胚胎的发育,卵母细胞/卵子必须失去其身份,并通过制造新的东西来实现这一目标。我们现在知道了这种转变如何发生的第一步。”

为了使重置或激活过程发生,胚胎需要开始将DNA中的基因转录成信使RNA,而信使RNA又被翻译成蛋白质。第一批转录的基因将激活其他基因,从而使胚胎发育成一只完整的小鼠(或人)。到目前为止,这些第一批主控基因的身份一直是未知的。

RNA聚合酶II (Pol II)是将DNA转录成RNA的酶。但作者表示,Pol II本身是一种未激活的酶。其他被称为转录因子的基因需要指导Pol II,以便它在正确的时间转录“正确的”基因。

早在21世纪初,Schultz就发现,在卵细胞中休眠的母体信使核糖核酸(maternal messenger RNAs)中就有这些首批转录因子。休眠的母体信使RNA对卵母细胞来说是独一无二的,因为新合成的信使RNA不像在体细胞中那样被翻译。当卵母细胞成熟成为卵子时,这些休眠的母体信使RNA被翻译成蛋白质,然后执行它们的功能。研究人员意识到,启动受精卵基因组激活的信息可能存在于来自母体的休眠信使RNA中,该信使RNA将编码主转录因子。

OBOX1-8是候选因子

Schultz实验室确定了一个名为OBOX的大家族基因,他们认为这可能是候选基因。该家族由8个基因组成:OBOX1-8。基于它们在早期发育期间的表达谱,OBOX1、2、3、4、5和7可能是候选基因。他们开始与清华大学生命科学学院颉伟教授合作,缩小候选人的范围。

通过实验小鼠,颉伟团队敲除所有可能的候选基因,然后系统地恢复OBOX基因,确定哪些基因对受精卵基因组激活至关重要。没有这些基因,胚胎发育在2到4个细胞阶段就停止了。

最有趣且出乎意料的是,这些OBOX基因的功能是高度冗余的:一个基因的敲除可以被另一个基因所取代。研究人员认为这种冗余很可能是由于过渡如此重要而进化出来的。此外,研究人员发现OBOX基因的功能是促进Pol II定位到正确的基因上,开始合子基因组激活。

在小鼠中,基因组激活发生在两细胞阶段。在人类胚胎中,当胚胎经过几轮分裂形成8个细胞时,它发生得更晚。一个悬而未决的问题是,这一过程在不同物种间的保守程度,也就是说,obox样基因是否参与了人类基因组的激活。这项工作还对理解胚胎干细胞是如何被重新编程的,从而使它们能够发育成身体的任何组织具有启示意义。

这项工作得到了中国国家自然科学基金、国家重点研发计划和美国国立卫生研究院的部分资助。

文章标题

OBOX regulates murine zygotic genome activation and early development.

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