Sci Adv | 张毅组揭示小鼠早期胚胎发育中的mRNA翻译图谱

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关键词：揭示

资讯来源：BioArt

发布时间： 2022-02-03

责编丨酶美

哺乳动物的生命从受精开始。随着精子和卵子的结合，两个终末分化的生殖细胞形成具有发育全能性的受精卵，随后经过着床前发育形成囊胚。在此过程中父源和母源基因组进行了广泛的染色质和表观修饰的重塑以适应胚胎发育的需要。近年来，随着微量样本 (low-input) 测序技术的发展，哺乳动物胚胎着床前发育过程中的基因表达、DNA甲基化修饰、组蛋白修饰、染色质开放以及染色体三维结构等的动态变化已经被揭示。然而，作为行使功能的主要效应因子，蛋白质的翻译过程及其调控的研究一直滞后，这主要是受限于着床前胚胎的取材限制与数据获取的技术难度。核糖体印迹测序技术 （Ribosome Profiling， Ribo-seq ）是一种众所周知的对核糖体结合mRNA进行高通量测序，从而量化mRNA 翻译水平的方法。但是传统的核糖体印迹测序技术需要数百万个细胞，这阻碍了它在小鼠早期胚胎中的应用。因此，小鼠着床前胚胎中的 mRNA 翻译动态变化及其调控机制目前尚不清楚。

为了克服这个技术问题并填补哺乳动物着床前发育过程中mRNA翻译调控方面的空白，哈佛大学医学院张毅教授实验室开发了一种微量核糖体印迹测序技术 （Lowinput Ribo-seq， LiRibo-seq ) ，并利用该技术对小鼠着床前胚胎中mRNA翻译进行全局分析，揭示了从母源到合子转化过程中mRNA翻译的转变过程，并发现了调控小鼠受精后染色质重塑和合子激活的调控因子。该文章于2022年2月3日在线发表于Science Advances，标题为 Profiling and functional characterization of maternal mRNA translation during mouse maternal-to-zygotic transition 。

首先，作者利用RiboLace beads 捕获核糖体，通过Ligation-free的方法进行建库，建立了LiRibo-seq，该技术被证明可以有效对低至5000个胚胎干细胞进行mRNA 翻译分析。随后，作者将该技术应用于100-250个MII 卵母细胞和着床前各阶段的胚胎细胞中。通过对LiRibo-seq 和total RNA-seq 数据进行综合分析，作者揭示了小鼠着床前发育过程中的mRNA翻译的动态变化图谱。在对不同时期胚胎的翻译活性进行比较时，作者发现虽然MII 卵母细胞和受精卵（zygotes）在基因表达水平上的区别并不大，但是却存在着明显的mRNA翻译的转变，其中最主要的是很多母源mRNA的翻译在受精后被激活。接下来，作者通过阻断母源mRNA 翻译，证明了母源 mRNA 翻译的激活在小鼠胚胎着床前发育中母体到合子转变 (MZT) 过程中的关键作用。

基于LiRibo-seq的翻译图谱揭示了早期胚胎发育中mRNA翻译的动态变化，同时也有助于鉴定母体到合子转变过程中重要的调控因子。 作者通过比较卵母细胞到受精卵翻译活性的转变，鉴定出Smarcd2 和 Ccnt2两个mRNA的翻译活性在受精后显著提高，抑制其翻译后小鼠母体向合子转变期间染色质重塑和合子基因组激活分别受到阻滞，进而影响胚胎的早期发育。

综上所述，这一研究突破了在小鼠早期胚胎中研究mRNA翻译的技术瓶颈，系统展示了小鼠着床前发育过程中的mRNA翻译的动态变化图谱，揭示了小鼠受精前后mRNA翻译的转变在染色质重塑和合子基因组激活过程中的重要作用。此外，LiRibo-seq技术也可以用来研究其他具有取材限制的细胞类型，如造血干细胞、神经干细胞等。

张毅教授实验室博士后张春霞建立了LiRibo-seq的方法，并完成了该文章的实验部分。博士后王萌和访问学生李逸思完成了该文章的数据分析工作。

友情提示：

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原文链接：

http://doi.org/10.1126/sciadv.abj3967

制版人：十一

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