2023年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，該研究由中國科學院腦科學與智能技術卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學研究所）劉真研究組、孫怡迪研究組與上海交通大學醫(yī)學院公共衛(wèi)生學院單細胞組學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)組和翻譯組等進行多組學聯(lián)合分析以及CRISPR/Cas13d介導的基因敲低，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過程。這能夠?qū)⒔K末分化的卵細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)育領域的一個關鍵問題是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，并為細胞命運維持和轉(zhuǎn)換過程中由writer、eraser和reader蛋白介導的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)提供了一種機制。
利用武漢大學張好建團隊近期開發(fā)的SLIM-seq技術（Yin et 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。用哈佛大學張毅團隊發(fā)表的同時期翻譯組數(shù)據(jù)（Zhang et 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。
隨著近年來單細胞技術的蓬勃發(fā)展，對單個或低投入量的小鼠胚胎樣品進行基因組、轉(zhuǎn)錄組、翻譯組等研究已不再困難。然而，蛋白質(zhì)組層面相關技術的發(fā)展仍相對有限。近期，上海交通大學醫(yī)學院單細胞組學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)組技術綜合解決方案（CS-UPT）（Gu et al., bioRxiv, 2023），能夠從高靈敏度或高通量的層面對單個至數(shù)十個小鼠胚胎進行深度蛋白質(zhì)組鑒定。在本項工作中，研究人員將CS-UPT應用在20個卵母細胞或胚胎上，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（Gao et 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（Kushawah et al., Dev Cell, 2020），在小鼠受精卵中對多個m6A調(diào)控因子進行了篩選，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等實驗，研究人員證實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。
圖1.一群母源繼承且持續(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，上海交通大學醫(yī)學院公共衛(wèi)生學院單細胞組學與疾病研究中心蛋白質(zhì)組與代謝組學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，以及上海交通大學醫(yī)學院公共衛(wèi)生學院單細胞組學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。
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https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-023-02918-9
