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(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、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?jiǎn)渭?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(guò)程中RNA m6A修飾動(dòng)態(tài)圖譜,，并通過(guò)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(xiě)對(duì)于小鼠著床前胚胎發(fā)育的影響。
所有的動(dòng)物胚胎都會(huì)經(jīng)歷母源-合子轉(zhuǎn)換（MZT）,，這是一個(gè)基本且保守的生物學(xué)過(guò)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(gè)體潛能的全能狀態(tài)。MZT是由母體mRNA和蛋白質(zhì)啟動(dòng),，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(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是MZT如何被調(diào)節(jié),。N6-甲基腺苷（m6A）是存在于整個(gè)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(guò)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(kāi)發(fā)的SLIM-seq技術(shù)（Yin et al., Cell Stem Cell, 2021），研究人員繪制出小鼠MZT過(guò)程中的RNA m6A動(dòng)態(tài)圖譜,，發(fā)現(xiàn)m6A修飾可以從母源繼承也可以在ZGA時(shí)期大量發(fā)生重寫(xiě),。用哈佛大學(xué)張毅團(tuán)隊(duì)發(fā)表的同時(shí)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(hào)富集,。
隨著近年來(lái)單細(xì)胞技術(shù)的蓬勃發(fā)展,，對(duì)單個(gè)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(duì)有限,。近期,，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院?jiǎn)渭?xì)胞組學(xué)與疾病研究中心李辰研究組開(kāi)發(fā)了一整套超敏蛋白質(zhì)組技術(shù)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(duì)單個(gè)至數(shù)十個(gè)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(gè)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)（Gao et al. Cell Reports, 2017）,，同時(shí)將起始胚胎數(shù)目降低了400倍。從規(guī)?；鞍踪|(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(guò)維持RNA的穩(wěn)定性來(lái)調(diào)控MZT。
接下來(lái),，研究人員利用可用于胚胎基因沉默的CRISPR/Cas13d技術(shù)（Kushawah et al., Dev Cell, 2020）,，在小鼠受精卵中對(duì)多個(gè)m6A調(diào)控因子進(jìn)行了篩選，發(fā)現(xiàn)敲低Ythdc1和Ythdf2會(huì)顯著影響小鼠著床前胚胎發(fā)育,。通過(guò)轉(zhuǎn)錄組測(cè)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,。
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(hào)富集和蛋白質(zhì)豐度增加
該研究揭示了小鼠MZT過(guò)程中的m6A修飾動(dòng)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?jiǎn)渭?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(tái)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?jiǎn)渭?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,。
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https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-023-02918-9
