USP17L通过去泛素化H2AK119ub1和ZSCAN4促进2C样程序：揭示早期胚胎发育的表观遗传调控新机制

本研究针对小鼠胚胎干细胞(ESCs)中2C基因(如Dux和Zscan4)的调控机制这一关键科学问题，揭示了USP17L家族蛋白通过双重作用机制激活2C样程序：一方面通过去泛素化H2AK119ub1解除对Dux基因座的抑制，另一方面通过稳定ZSCAN4蛋白促进2C基因表达。该研究不仅阐明了USP17L在早期胚胎发育中的关键作用，还为理解合子基因组激活(ZGA)的表观遗传调控提供了新视角。研究成果发表于《Nature Communications》。

　　

在哺乳动物早期胚胎发育过程中，合子基因组激活(ZGA)是一个关键的生物学事件，它标志着胚胎从母源调控向合子调控的转变。这一过程分为次要ZGA和主要ZGA两个阶段，其中次要ZGA阶段激活的"2C基因"（如Dux和Zscan4）对胚胎发育至关重要。有趣的是，这些基因也会在小鼠胚胎干细胞(ESCs)的一个特殊亚群——2C样细胞(2CLCs)中重新激活。然而，这些2C基因的具体调控机制仍不完全清楚，特别是表观遗传修饰如何影响这些基因的表达仍是一个未解之谜。

清华大学的研究人员通过系统的实验研究，发现USP17L家族蛋白（特别是USP17LE）在调控2C样程序中发挥着双重作用。研究显示，USP17LE一方面能够去除抑制性组蛋白标记H2AK119ub1，从而激活Dux及其下游2C基因的表达；另一方面，它还能通过去泛素化作用稳定ZSCAN4蛋白。这些发现不仅揭示了USP17L在早期胚胎发育中的关键调控作用，还为理解2C样程序的表观遗传调控机制提供了新的见解。该研究成果发表在《Nature Communications》上。

研究人员采用了多种关键技术方法：通过shRNA敲低和过表达实验研究USP17L功能；利用CUT&Tag、STAR ChIP-seq和Stacc-seq分析组蛋白修饰；采用免疫共沉淀验证蛋白相互作用；通过Q-FISH和TRF分析检测端粒长度；在小鼠胚胎中进行siRNA和mRNA显微注射实验验证体内功能。

USP17L促进ESCs中2C基因的激活

研究发现USP17L在2C样细胞中高表达，敲低USP17L导致2C基因表达下降，而过表达USP17LE则显著增加Zscan4阳性细胞比例。值得注意的是，USP17LE的核定位可能是其发挥功能的关键。

USP17LE通过去泛素化H2AK119ub1激活Dux表达

ChIP-seq分析显示，USP17L敲低导致H2AK119ub1和H3K27me3在全基因组范围内增加，特别是在Dux基因座。相反，过表达具有催化活性的USP17LE（而非催化突变体USP17LEC⁶⁰A）能够降低H2AK119ub1水平。

USP17LE通过去泛素化稳定ZSCAN4蛋白

研究发现ZSCAN4蛋白受泛素-蛋白酶体系统调控，而USP17LE通过其408-457氨基酸区域（特别是D453和D457位点）与ZSCAN4相互作用，减少其泛素化降解。

USP17L在小鼠胚胎中的功能验证

胚胎实验表明，USP17L过表达能降低H2AK119ub1水平并促进Dux和2C基因表达，而敲低USP17L对胚胎发育影响较小，提示可能存在功能冗余。

这项研究首次阐明了USP17L通过双重机制调控2C样程序：在转录水平上通过去泛素化H2AK119ub1激活Dux表达，在翻译后水平上通过稳定ZSCAN4蛋白。这些发现不仅扩展了我们对早期胚胎发育表观遗传调控的认识，还为研究细胞多能性和重编程提供了新的理论依据。特别值得注意的是，USP17L与Dux之间可能存在的正反馈回路，为理解2C基因的快速激活和精确关闭机制提供了重要线索。该研究的发现将有助于深入探索哺乳动物早期发育的分子机制，并为相关再生医学研究提供新的思路。