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天博在线登录:动物科学技术学院副教授林自力在《自然-细胞生物学》国际著名科学杂志以共同第一作者发表研究成果

[发表时间]:2022-06-22 [浏览次数]:

613日,国际著名科学杂志《自然-细胞生物学》(IF:29)发表题为“Ultrasensitive Ribo-seq reveals translational landscapes during mammalian oocyte-to-embryo transition and pre-implantation development”(基于超灵敏Ribo-seq的卵子向胚胎转换过程及着床前胚胎的翻译组研究)的研究论文,我校动物科学技术学院林自力副教授为本文的共同第一作者。

翻译作为基因表达调控的重要一环在发育过程中起到了关键的作用。在哺乳动物卵子和早期胚胎发育的过程中,从完全生长的初级卵母细胞开始直至合子基因组激活之前,细胞的转录基本处于沉默的状态。因此,在卵子向胚胎的转变过程中(oocyte-to-embryo transition,OET),翻译调控在卵子的减数分裂恢复过程、受精、DNA复制过程和合子基因组激活(zygotic genome activation,ZGA)都起到了重要作用。然而由于实验材料的稀缺,哺乳动物卵子和胚胎中的翻译研究一直相对困难。

该研究开发了超灵敏翻译组检测方法Ribo-lite,绘制了卵子向胚胎转换过程和着床前胚胎的翻译组动态变化,并研究了卵子中的翻译调控机制。也为其他稀缺样品的翻译组研究提供了可能。

小鼠卵子以及早期胚胎的翻译组动态变化以及调控

附论文概述

早期人们使用多核糖体图谱方法(polysome profiling)(Chen et al., 2011; Potireddy et al., 2006; Sha et al., 2018; Masek et al., 2020)和Ribo-tag等方法(Luong et al., 2020)对小鼠卵子和一细胞合子的翻译组进行了测量,而基于核糖体保护片段的Ribo-seq方法则由于所需样品数量过多无法应用于哺乳动物卵子和早期胚胎当中(今年2月份哈佛张毅研究组报道了利用Ribo-lace方法优化的LiRibo-seq方法研究小鼠早期胚胎翻译组(Zhang et al., 2022))。在该研究中,作者通过开发高灵敏的Ribo-seq方法——Ribo-lite,实现了在少量细胞水平的基于核糖体保护片段的翻译组的测量(最少50HEK293细胞或是单个卵子),并利用该技术系统的检测了小鼠卵母细胞和早期胚胎发育过程中的翻译组的动态变化。

研究人员发现,在卵子和ZGA前的胚胎当中,翻译组与转录组的偶联性相对较低,而在ZGA后的胚胎中,两组数据则变得紧密相关。有两类基因受到了明显的翻译水平的调控,分别是OET上调基因和OET下调基因。OET上调基因在FGO中翻译被抑制,并且维持着很短的poly(A)尾长。这些基因中的3’UTR:辛礁黾耙陨系亩嗑巯佘账峄藕盼坏悖polyadenylation signal site,PAS)近端胞质多聚腺苷酸化元件(PAS-proximal CPEs,papCPE),并且在报告基因实验中显示出对该元件的依赖。而伴随着减数分裂的恢复,这些基因的poly(A)尾被延长,翻译也随之激活。OET下调基因则在FGO卵子时期高翻译并有着长poly(A)尾,而随着减数分裂的恢复被翻译抑制,poly(A)尾也被缩短。这种翻译抑制部分是通过去腺苷酸化因子BTG4CNOT6L调控的。它们中的许多基因含有non-papCPE或者没有CPE。这些基因中poly(A)尾在MII卵子中被去的很短的呈现出mRNA信号的下降,而poly(A)尾相对没有被去的那么短的RNA则保持相对稳定,其中部分在ZGA前重新被翻译激活,暗示可能参与ZGA和母源RNA的降解。

综上所述,该研究系统的研究了卵子和早期胚胎中的翻译组动态变化,发现了卵子向胚胎转化过程中存在着大量的翻译调控事件,探讨了翻译、RNA水平和poly(A)尾长水平之间的相互关系,以及去腺苷酸化因子在卵子翻译组中发挥的功能,为进一步研究哺乳动物卵子和早期胚胎发育的基因表达调控奠定了基础。

原文链接:https://www.nature.com/articles/s41556-022-00928-6


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