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Science | 重要新发现!细胞全能性关键基因调控合子基因组激活

在合子基因组激活(ZGA)过程中,基因控制从母体转移到胚胎,生命由此开始。尽管ZGA具有重要的调节作用,但在哺乳动物中,ZGA的基本调节因子在很大程度上仍不为人所知。

2022年11月24日,奥地利科学院Kikuë Tachibana团队在Science 在线发表题为“Zygotic genome activation by the totipotency pioneer factor Nr5a2”的研究论文,该研究表明全能性先驱因子Nr5a2能够激活合子基因组。

基于从头开始的模体搜索,该研究发现孤核受体Nr5a2是小鼠2-细胞胚胎中主要ZGA的关键激活因子。Nr5a2是2细胞期以后的进展所必需的。它与ZGA基因顺式调控区发现的SIN B1/Alu逆转录转座元件中的基序结合。化学抑制表明,72%的ZGA基因受Nr5a2和其他潜在的孤核受体调控。Nr5a2促进ZGA过程中染色质的可及性,并在体外结合核小体DNA。该研究认为Nr5a2是调控ZGA的重要先导因子。

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卵母细胞细胞质可以重编程体细胞核到全能性,这一发现引发了母亲提供的因子重编程并触发胚胎中的ZGA的想法。小鼠胚胎基因组的转录“唤醒”至少发生在两波中,合子中的小ZGA和二细胞胚胎中的大ZGA。超过二细胞阶段的进展需要合子转录。
启动ZGA的转录因子在物种间的保守性很差。在果蝇胚胎发生过程中,包括双翅类特异性Zelda、GAGA因子(GAF)和雄性特异性致死蛋白染色质链接适配器(CLAMP)在内的转录因子对ZGA至关重要。在斑马鱼和青蛙中,属于POU和Sox家族以及Nanog的多能性因子是ZGA所必需的。相反,多能性因子Oct4对小鼠ZGA并不是必需的。Nfya, Yap1, Dux, Rarg, Dppa2和Dppa4与哺乳动物ZGA相关,但在基因敲除或基因敲除模型中,Dppa2和Dppa4不是2细胞胚胎以外的进展所必需的。因此,激活哺乳动物合子基因组的基本转录因子在很大程度上仍然未知。
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Nr5a2在ZGA过程中调节染色质的可及性(图源自Science 
转录因子与基因组中的调控元件结合,控制基因表达和细胞命运。基因组DNA包裹在核小体中的组蛋白八聚体周围,这是转录因子占用的障碍。先驱转录因子(以下简称先驱因子)是一类能够在体外将其(部分)基序结合到核小体DNA上,并在体内被募集到封闭的染色质上,通过多种机制诱导局部染色质打开的转录因子。先驱因子在ZGA过程中协同打开果蝇和斑马鱼的基因组。是否先驱活动启动了哺乳动物的ZGA尚不清楚。在这里,该研究确定了孤核受体Nr5a2作为激活小鼠胚胎全基因组基因表达的先驱因子。

原文链接:
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn7478


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