4月6日，Genome Biology期刊發(fā)表了題為Reading and writing of mRNA m6A modification orchestrate maternal-to-zygotic transition in mice的研究論文，該研究由中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學(xué)研究所）劉真研究組、孫怡迪研究組與上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)院單細(xì)胞組學(xué)與疾病研究中心李辰研究組合作完成。該研究利用SLIM-seq技術(shù)繪制出小鼠胚胎母源-合子轉(zhuǎn)換過程中RNA m6A修飾動態(tài)圖譜，并通過與超敏蛋白質(zhì)組和翻譯組等進(jìn)行多組學(xué)聯(lián)合分析以及CRISPR/Cas13d介導(dǎo)的基因敲低，揭示了m6A的讀寫對于小鼠著床前胚胎發(fā)育的影響。
所有的動物胚胎都會經(jīng)歷母源-合子轉(zhuǎn)換（MZT），這是一個基本且保守的生物學(xué)過程。這能夠?qū)⒔K末分化的卵細(xì)胞和精子重編程為可發(fā)育為個體潛能的全能狀態(tài)。MZT是由母體mRNA和蛋白質(zhì)啟動，隨后逐漸轉(zhuǎn)為合子基因組激活（ZGA），并伴隨著母源RNA和蛋白質(zhì)的清除。胚胎發(fā)育領(lǐng)域的一個關(guān)鍵問題是MZT如何被調(diào)節(jié)。N6-甲基腺苷（m6A）是存在于整個高等真核生物的mRNA中最普遍的表觀修飾，影響被修飾轉(zhuǎn)錄本的穩(wěn)定性和翻譯，并為細(xì)胞命運(yùn)維持和轉(zhuǎn)換過程中由writer、eraser和reader蛋白介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)提供了一種機(jī)制。
利用武漢大學(xué)張好建團(tuán)隊(duì)近期開發(fā)的SLIM-seq技術(shù)（Yinet al., Cell Stem Cell, 2021），研究人員繪制出小鼠MZT過程中的RNA m6A動態(tài)圖譜，發(fā)現(xiàn)m6A修飾可以從母源繼承也可以在ZGA時期大量發(fā)生重寫。用哈佛大學(xué)張毅團(tuán)隊(duì)發(fā)表的同時期翻譯組數(shù)據(jù)（Zhanget al., Sci Adv, 2022）分析后表明，一群母源繼承且持續(xù)存在的m6A+轉(zhuǎn)錄本具有明顯的翻譯信號富集。
隨著近年來單細(xì)胞技術(shù)的蓬勃發(fā)展，對單個或低投入量的小鼠胚胎樣品進(jìn)行基因組、轉(zhuǎn)錄組、翻譯組等研究已不再困難。然而，蛋白質(zhì)組層面相關(guān)技術(shù)的發(fā)展仍相對有限。近期，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院單細(xì)胞組學(xué)與疾病研究中心李辰研究組開發(fā)了一整套超敏蛋白質(zhì)組技術(shù)綜合解決方案（CS-UPT）（Guet al., bioRxiv, 2023），能夠從高靈敏度或高通量的層面對單個至數(shù)十個小鼠胚胎進(jìn)行深度蛋白質(zhì)組鑒定。在本項(xiàng)工作中，研究人員將CS-UPT應(yīng)用在20個卵母細(xì)胞或胚胎上，可靠地鑒定到5328種蛋白質(zhì)。這一鑒定深度與此前的深度小鼠胚胎蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)相當(dāng)（Gaoet al. Cell Reports, 2017），同時將起始胚胎數(shù)目降低了400倍。從規(guī)模化蛋白質(zhì)組層面，研究人員發(fā)現(xiàn)這些m6A+轉(zhuǎn)錄本的確出現(xiàn)蛋白質(zhì)豐度的增加，提示這些轉(zhuǎn)錄本上的m6A修飾有可能通過維持RNA的穩(wěn)定性來調(diào)控MZT。
接下來，研究人員利用可用于胚胎基因沉默的CRISPR/Cas13d技術(shù)（Kushawahet al., Dev Cell, 2020），在小鼠受精卵中對多個m6A調(diào)控因子進(jìn)行了篩選，發(fā)現(xiàn)敲低Ythdc1和Ythdf2會顯著影響小鼠著床前胚胎發(fā)育。通過轉(zhuǎn)錄組測序以及RIP-qPCR等實(shí)驗(yàn)，研究人員證實(shí)Ythdc1可以結(jié)合一些母源攜帶m6A的轉(zhuǎn)錄本，并參與其RNA穩(wěn)定性調(diào)控。
一群母源繼承且持續(xù)存在的m6A+轉(zhuǎn)錄本具有明顯的翻譯信號富集和蛋白質(zhì)豐度增加
該研究揭示了小鼠MZT過程中的m6A修飾動態(tài)，鑒定了參與著床前胚胎發(fā)育的一些m6A調(diào)控分子，初步闡明了Ythdc1可能參與母源繼承m6A+轉(zhuǎn)錄本的穩(wěn)定性調(diào)控，體現(xiàn)了多組學(xué)分析在胚胎發(fā)育研究中的重要性。
中科院腦智卓越中心劉真研究員，孫怡迪研究員，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)院單細(xì)胞組學(xué)與疾病研究中心蛋白質(zhì)組與代謝組學(xué)平臺主任李辰研究員為該論文的通訊作者，中科院腦智卓越中心朱文成博士、丁宇峰博士，研究生孟娟、劉文俊，以及上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)院單細(xì)胞組學(xué)與疾病研究中心研究助理顧蕾為該論文共同第一作者。該研究得到科技部、中科院、上海市和博士后基金委的資助。
