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国际顶级期刊《科学》发文揭示父亲和母亲基因在孩子体内重新焕发生机的过程和原因
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2022.09.09 北京

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我们每个人都有无数个细胞,每个细胞都有一套完全相同的基因组(全部染色体遗传物质的总和,用DNA碱基对总数来表示。通俗,但是不太准确地说,基因组就是混合在一起的成千上万个基因)。
一个人的基因组在父亲的精子和母亲的卵子结合之后就不再改变了,但是在成长过程中基因组会逐渐“老化”(表观遗传标记的改变)。
也就是说,每个小孩子继承的都是父母已经“老化”的基因组。
其实,科学家们早就发现父母已经“老化”的基因组结合在一起过后就会被“全面清洗”(所有的表观遗传标记都被清除掉),然后依赖母亲卵子内留下的各种生命分子将基因组重新装修一遍(表观遗传标记重构)。
在这样一顿疯狂操作的过程中,父母双方传给孩子的绝大部分基因都是不能发挥功能的,那么这些基因是如何破而后立、重新焕发生机呢?
为了回答这个难题,2022年9月8日,清华大学生命学院颉伟研究团队与山东大学生殖医学研究中心陈子江、赵涵研究团队通过紧密合作,在Science以长文形式报道了一项最新研究。
该研究绘制了人类卵子向早期胚胎转变过程中的翻译图谱,揭示了人-鼠卵子及早期胚胎中翻译水平动态变化的差异,并鉴定出一组Homeobox转录因子,包括TPRXL, TPRX1, 和 TPRX2,是人类合子基因组激活的关键调控因子。
Science(IF=63.71)|文章标题:
Translatome and transcriptome co-profiling reveals a role of TPRXs in human zygotic genome activation
(8 Sep 2022 First Release,刚刚发表,但没有看到何时投稿)
翻译组与转录组联合图谱发现TPRXs参与人类合子基因组激活
【原文PDF文档领取方法】
“阅读原文”,或本文底部留言【背景介绍】
哺乳动物是动物世界中形态结构最高等、生理机能最完善的动物。与其他动物相比,哺乳动物最突出的特征在于胎生以及其幼崽由母体分泌的乳汁喂养长大。哺乳动物大都长有皮毛,以保持体温的恒定,适应各种复杂的生存环境;哺乳动物具有比较发达的大脑,因而能产生比其他动物更为复杂的行为,并能不断地改变自己的行为,以适应外界环境的变化。代表动物:人类(最高等的哺乳动物)、虎、狼、鼠、鹿、貂、猴、貘、树懒、斑马、狗、狐、熊、象、豹子、麝、牛、狮子、小熊猫、疣、猪、羚羊、驯鹿、考拉、犀牛、猞猁、穿山甲、长颈鹿、熊猫、食蚁兽、猩猩、海牛、水獭、灵猫、海豚、海象、鸭嘴兽、刺猬、北极狐、北极熊、袋鼠、犰狳、河马、海豹、鲸、鼬、兔; 其中,鸭嘴兽、针鼹(或称短吻针鼹)、原鼹(或称长吻针鼹)是特别的哺乳动物,它们不是胎生,而是卵生,但仍划为哺乳动物。它们都生活在澳大利亚。
在哺乳动物卵子向早期胚胎转变的过程 (oocyte-to-embryo transition, OET) 中,翻译在减数分裂、合子基因组激活和早期胚胎发育过程中扮演了一个重要的角色。
合子基因组激活 (human zygotic genome activation, ZGA) 作为生命起始时的第一次转录事件和启动胚胎发育进程的关键事件,在哺乳动物中仍未被完全理解清楚。
尽管启动ZGA的关键转录因子在其他物种,如斑马鱼和果蝇等中被陆续发现,启动人类ZGA的关键转录因子仍然是一个未解之谜。
【本研究所用方法和重点发现】
通过结合超灵敏翻译组测序技术Ribo-lite (Ligation-free, ultra-low-InpuT and Enhanced Ribo-seq) 和转录组测序技术 (Smart-seq2) 而开发出的Ribo-RNA-lite (R2-lite) 方法可以进行翻译组与转录组联合测序,该方法被应用于人类卵子和早期胚胎共8个时期。
经翻译组分析比较发现,在卵子向早期胚胎转变过程中,人-鼠同源基因中有一半呈现保守的翻译水平动态变化趋势,而另一半呈现不同的翻译水平动态变化趋势,例如编码表观遗传重编程因子、小RNA生物学合成酶等基因。
并且这种物种特异性的翻译变化是部分由于 (3’ UTR) 的关键调控序列,例如胞质多聚腺苷酸化元件 (cytoplasmic polyadenylation element, CPE) 和 多聚腺苷酸化信号位点(polyadenylation signal site, PAS) 的差异排布导致的。
人类早期胚胎翻译组数据还显示出一组Homeobox转录因子在人类合子基因组激活阶段附近呈现高翻译活性,并且它们潜在的DNA结合基序 (motif) 在ZGA基因的远端开放染色质区域(即可能的增强子)上高度富集。
这些转录因子包括母源因子TPRXL以及在初级ZGA时期 (minor ZGA) 开始表达的TPRX1和 TPRX2。TPRXL的3’ UTR上也带有CPE调控元件,在卵子减数分裂恢复时开始翻译上调。
TPRX1/2/L 联合敲低 (TPRX triple KD or TKD) 将导致胚胎发育和ZGA的明显缺陷,大约31%的ZGA基因将被下调,并且这些基因富集PRD-like转录因子结合基序。
TPRX1/2/L 联合敲低胚胎中表达水平下调的基因包括有多个下游转录因子如ZSCAN4, DUXB, DUXA, NANOGNB, DPPA4, GATA6, DPRX, ARGFX 以及 KLF5。
在人类胚胎干细胞中,过表达TPRX1/2也可以结合并激活一部分ZGA基因,说明TPRX1/2/L可以通过靶向下游转录因子从而启动下游转录事件。
综上所述,这项研究不仅揭示了人-鼠早期胚胎翻译组动态变化的差异性和保守性以及可能原因,也鉴定出了人类合子基因组激活的关键调控因子TPRXL, TPRX1, 和 TPRX2。
人类卵子和早期胚胎翻译组与转录组联合测序揭示翻译调控机制和合子基因组激活关键因子
-原文摘要句式分析&翻译-摘要一般包含研究目的(主要对象和范围)、方法、结果和结论,有时也提出具有情报价值的信息。它简明、确切地记述文献的重要内容,是一篇文献的“门面”,其用词造句精准凝练,值得各位读者细品。
Translational regulation plays a critical role during the oocyte-to-embryo transition (OET) and zygotic genome activation (ZGA).
【通用写作模板】..plays a critical role during/in..
翻译调控在卵母细胞-胚胎转化(OET)和合子基因组激活(ZGA)过程中起着关键作用。
Here, we integrated ultra-low-input Ribo-seq with mRNA-seq to co-profile the translatome and transcriptome in human oocytes and early embryos.
【通用写作模板】..integrated..with..to profile..在这里,我们整合了超灵敏翻译组测序技术和转录组测序技术,以共同分析人类卵母细胞和早期胚胎中的翻译组和转录组。
Comparison with mouse counterparts identified widespread differentially translated genes functioning in epigenetic reprogramming, transposon defense, and small RNA biogenesis, in part driven by species-specific regulatory elements in 3′ untranslated regions.
【通用写作模板】comparison with .. counterparts identified ..functioning in, in part driven by..经与小鼠对应物的翻译组分析比较发现了部分由3′非翻译区的物种特异性调控元件驱动的,在表观重编程(表观遗传重编程因子)、转座子防御和小RNA生物生成(小RNA生物学合成酶)中发挥作用的广泛差异翻译基因。
Moreover, PRD-like homeobox transcription factors, including TPRXL, TPRX1, and TPRX2, are highly translated around ZGA.
TPRX1/2/L knockdown leads to defective ZGA and preimplantation development.
【通用写作模板】Moreover, .., including..,are highly..;..leads to..此外,PRD样同源框转录因子,包括TPRXL、TPRX1和TPRX2,在ZGA时间点附近被高度翻译。TPRX1/2/L敲降导致ZGA缺陷和植入前发育缺陷。
Ectopically expressed TPRXs bind and activate key ZGA genes in human embryonic stem cells.
【通用写作模板】ectopically expressed .. bind and activate ..异位表达的TPRX结合并激活人类胚胎干细胞中的关键ZGA基因。
These data reveal the conservation and divergence of translation landscapes during OET and identify critical regulators of human ZGA.
【通用写作模板】..reveal the conservation and divergence of..during and identify..
这些数据揭示了OET期间翻译景观的保守性和差异性,并确定了人类ZGA的关键调节因子。
参考文献:
1.https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo7923
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