5月12日,，著名醫(yī)學(xué)期刊Journal of Pharmaceutical Analysis的《Single-cell and ST Omics》特刊,，在線(xiàn)發(fā)表了題為“Ultrasensitive proteomics depicted an in-depth landscape for the very early stage of mouse maternal-to-zygotic transition”的研究論文,。該研究由公共衛(wèi)生學(xué)院和單細(xì)胞組學(xué)與疾病研究中心王慧教授,、李辰研究員團(tuán)隊(duì)攜手中國(guó)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,、上海中科新生命生物科技有限公司（中科新生命）創(chuàng)新研究院團(tuán)隊(duì)合作完成。該研究為單細(xì)胞及低投入(low-input)的小鼠卵細(xì)胞和早期胚胎樣本提供了一整套的超敏蛋白質(zhì)組技術(shù)綜合解決方案（a Comprehensive Solution of Ultrasensitive Proteome Technology, CS-UPT）,。應(yīng)用其中的深度覆蓋路線(xiàn),，每個(gè)樣品僅投入20個(gè)小鼠卵母細(xì)胞或受精卵，研究人員共獲得近5500種蛋白質(zhì)的精確定量信息,，描繪了小鼠母源-合子轉(zhuǎn)換（MZT）早期階段的深度蛋白質(zhì)組景觀,，進(jìn)一步繪制了以轉(zhuǎn)錄因子和激酶為中心的蛋白質(zhì)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，為小鼠的初級(jí)合子基因組激活（minor ZGA）過(guò)程提供了蛋白質(zhì)層面的深入解析。
哺乳動(dòng)物的受精和著床前胚胎發(fā)育是一個(gè)復(fù)雜的生物過(guò)程,，涉及一些關(guān)鍵事件,，如合子基因組激活(ZGA)和第一次細(xì)胞譜系分化。受精觸發(fā)了卵母細(xì)胞從終末分化到全能狀態(tài)的細(xì)胞命運(yùn)轉(zhuǎn)變,，這一過(guò)程稱(chēng)為母源-合子轉(zhuǎn)換(MZT),。隨著單細(xì)胞或低投入多組學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，近年來(lái)已有一些研究工作在表觀遺傳 ,、轉(zhuǎn)錄和翻譯等層面上繪制出這一復(fù)雜而神秘的發(fā)育圖譜,。然而，由于蛋白質(zhì)具有不可擴(kuò)增的特性,，針對(duì)單細(xì)胞或低投入的蛋白質(zhì)組技術(shù)發(fā)展相對(duì)緩慢,。以往研究小鼠著床前胚胎發(fā)育時(shí)，為了獲得足夠鑒定深度的蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù),，每個(gè)樣品常需要收集成百上千枚小鼠胚胎,，大大提高了該領(lǐng)域研究的門(mén)檻。
因此,，本文的研究人員為單細(xì)胞或低投入的小鼠胚胎樣本,，開(kāi)發(fā)了超敏蛋白質(zhì)組技術(shù)綜合解決方案（CS-UPT），包含高通量或深度覆蓋兩條技術(shù)路線(xiàn)（圖1）,。通過(guò)高通量技術(shù)路線(xiàn),，研究人員可以在最快4天內(nèi)采集300枚單個(gè)小鼠受精卵的蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)，同時(shí)單個(gè)小鼠受精卵可以鑒定到超過(guò)1500種蛋白質(zhì),，這為未來(lái)對(duì)著床前胚胎進(jìn)行大規(guī)模蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)采集提供了技術(shù)支持,。通過(guò)深度覆蓋技術(shù)路線(xiàn)，研究人員可以從單個(gè)或20個(gè)小鼠受精卵中平均定量到2665種或4585種蛋白質(zhì),；也就是,，使用CS-UPT中深度覆蓋技術(shù)路線(xiàn)的較優(yōu)胚胎投入量（20個(gè)），可以在保持鑒定深度的同時(shí)將起始胚胎數(shù)目降低400倍,，從而大幅度降低了這一研究領(lǐng)域的準(zhǔn)入門(mén)檻,。
圖1 CS-UPT技術(shù)流程及應(yīng)用
應(yīng)用CS-UPT中深度覆蓋路線(xiàn)，研究人員描繪了小鼠MZT早期階段的深度蛋白質(zhì)組景觀,，從包含近5500種蛋白質(zhì)的定量數(shù)據(jù)中觀察到受精前后蛋白質(zhì)層面上顯著的功能差異,。接下來(lái)，研究人員又進(jìn)一步地繪制了MZT早期階段一個(gè)圍繞33個(gè)轉(zhuǎn)錄因子,、37個(gè)激酶和2個(gè)皮層下母源復(fù)合體（Subcortical maternal complex, SCMC）核心蛋白的精細(xì)調(diào)控網(wǎng)絡(luò),。值得注意的是，大多數(shù)差異表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子,、激酶和SCMC蛋白在1細(xì)胞階段的胚胎中上調(diào),，這表明復(fù)雜的蛋白質(zhì)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)在1細(xì)胞階段的minor ZGA中起關(guān)鍵作用,。此外，Ywhae與轉(zhuǎn)錄因子和激酶參與的功能模塊擁有最多的相互作用,，提示它在MZT早期階段起著重要作用,。這些發(fā)現(xiàn)都從蛋白質(zhì)水平為小鼠著床前胚胎發(fā)育中的MZT和minor ZGA等重要生物學(xué)事件提供了新的見(jiàn)解和研究思路。
公共衛(wèi)生學(xué)院和單細(xì)胞組學(xué)與疾病研究中心王慧教授,、李辰研究員,，中科院腦智卓越中心劉真研究員,，中科新生命李紫藝博士為該論文的通訊作者,。公共衛(wèi)生學(xué)院和單細(xì)胞組學(xué)與疾病研究中心研究助理顧蕾、2020級(jí)直博生李旭苗,，中科院腦智卓越中心朱文成博士,，中科新生命沈怡博士為該論文共同第一作者。該研究得到科技部,、基金委,、中科院和上海市科委等多項(xiàng)基金的資助。
