清華新聞網(wǎng)9月9日電 在哺乳動(dòng)物卵子向早期胚胎轉(zhuǎn)變的過(guò)程（oocyte-to-embryo transition, OET）中，翻譯在減數(shù)分裂、合子基因組激活和早期胚胎發(fā)育過(guò)程中扮演了一個(gè)重要的角色。合子基因組激活(human zygotic genome activation,ZGA)作為生命起始時(shí)的第一次轉(zhuǎn)錄事件和啟動(dòng)胚胎發(fā)育進(jìn)程的關(guān)鍵事件，在哺乳動(dòng)物中仍未被完全理解清楚。盡管啟動(dòng)ZGA的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子在其他物種，如斑馬魚(yú)和果蠅等中被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，啟動(dòng)人類(lèi)ZGA的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子仍然是一個(gè)未解之謎。
通過(guò)結(jié)合超靈敏翻譯組測(cè)序技術(shù)Ribo-lite（Ligation-free,ultra-low-InpuT and Enhanced Ribo-seq）和轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)（Smart-seq2）而開(kāi)發(fā)出的Ribo-RNA-lite（R2-lite）方法可以進(jìn)行翻譯組與轉(zhuǎn)錄組聯(lián)合測(cè)序，該方法被應(yīng)用于人類(lèi)卵子和早期胚胎共8個(gè)時(shí)期。清華大學(xué)生命學(xué)院頡偉教授課題組與其合作者經(jīng)翻譯組分析比較發(fā)現(xiàn)，在卵子向早期胚胎轉(zhuǎn)變過(guò)程中，人-鼠同源基因中有一半呈現(xiàn)保守的翻譯水平動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)，而另一半呈現(xiàn)不同的翻譯水平動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)，例如編碼表觀(guān)遺傳重編程因子、小RNA生物學(xué)合成酶等基因。并且這種物種特異性的翻譯變化是部分由于(3’ UTR)的關(guān)鍵調(diào)控序列，例如胞質(zhì)多聚腺苷酸化元件（cytoplasmicpolyadenylation element，CPE）和多聚腺苷酸化信號(hào)位點(diǎn)（polyadenylation signal site，PAS）的差異排布導(dǎo)致的。
人類(lèi)早期胚胎翻譯組數(shù)據(jù)還顯示出一組Homeobox轉(zhuǎn)錄因子在人類(lèi)合子基因組激活階段附近呈現(xiàn)高翻譯活性，并且它們潛在的DNA結(jié)合基序（motif）在ZGA基因的遠(yuǎn)端開(kāi)放染色質(zhì)區(qū)域（即可能的增強(qiáng)子）上高度富集。這些轉(zhuǎn)錄因子包括母源因子TPRXL以及在初級(jí)ZGA時(shí)期(minor ZGA)開(kāi)始表達(dá)的TPRX1和TPRX2。TPRXL的3’ UTR上也帶有CPE調(diào)控元件，在卵子減數(shù)分裂恢復(fù)時(shí)開(kāi)始翻譯上調(diào)。TPRX1/2/L聯(lián)合敲低（TPRXtriple KD or TKD）將導(dǎo)致胚胎發(fā)育和ZGA的明顯缺陷，大約31%的ZGA基因?qū)⒈幌抡{(diào)，并且這些基因富集PRD-like轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合基序。TPRX1/2/L聯(lián)合敲低胚胎中表達(dá)水平下調(diào)的基因包括有多個(gè)下游轉(zhuǎn)錄因子如ZSCAN4，DUXB，DUXA，NANOGNB，DPPA4，GATA6，DPRX，ARGFX以及KLF5。在人類(lèi)胚胎干細(xì)胞中，過(guò)表達(dá)TPRX1/2也可以結(jié)合并激活一部分ZGA基因，說(shuō)明TPRX1/2/L可以通過(guò)靶向下游轉(zhuǎn)錄因子從而啟動(dòng)下游轉(zhuǎn)錄事件。綜上所述，這項(xiàng)研究不僅揭示了人-鼠早期胚胎翻譯組動(dòng)態(tài)變化的差異性和保守性以及可能原因，也鑒定出了人類(lèi)合子基因組激活的關(guān)鍵調(diào)控因子TPRXL, TPRX1,和TPRX2。
人類(lèi)卵子和早期胚胎翻譯組與轉(zhuǎn)錄組聯(lián)合測(cè)序揭示翻譯調(diào)控機(jī)制和合子基因組激活關(guān)鍵因子
該文章于9月8日在《科學(xué)》（Science）期刊以長(zhǎng)文形式發(fā)表，題為“翻譯組與轉(zhuǎn)錄組聯(lián)合圖譜發(fā)現(xiàn)TPRXs參與人類(lèi)合子基因組激活”（Translatome and transcriptome co-profiling reveals a role of TPRXs in human zygotic genome activation）。
清華大學(xué)頡偉教授、山東大學(xué)陳子江院士與趙涵教授為本文的共同通訊作者，清華-北大生命科學(xué)聯(lián)合中心2018級(jí)博士研究生鄒卓寧、山東大學(xué)生殖醫(yī)學(xué)研究中心2021級(jí)博士研究生張傳鑫、清華大學(xué)生命學(xué)院2020級(jí)博士研究生王秋艷以及山東大學(xué)生殖醫(yī)學(xué)研究中心助理研究員侯真真為本文共同第一作者。
該課題得到了山東大學(xué)生殖內(nèi)分泌教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家輔助生殖與優(yōu)生工程技術(shù)研究中心、清華大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心、清華大學(xué)高性能計(jì)算平臺(tái)的大力支持。該研究獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院配子發(fā)生與ART后代健康研究室項(xiàng)目、上海高水平地方高校創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目、清華北大生命科學(xué)聯(lián)合中心、北京市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)以及美國(guó)霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所國(guó)際研究學(xué)者（HHMI International Research Scholar)的經(jīng)費(fèi)支持。
論文鏈接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo7923
供稿：生命學(xué)院
題圖設(shè)計(jì)：金婭辰
編輯：李華山
審核：呂婷
