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論文發(fā)布不到兩個月，已有將近 9000 的下載量，這便是清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授頡偉的最新 Science論文。  圖 | 頡偉（來源：頡偉） 近日，他和合作者揭示了人類早期胚胎翻譯組圖譜。該工作主要描繪了人類卵子及早期胚胎翻譯組以及轉(zhuǎn)錄組的動態(tài)變化，并鑒定出了新的人類合子基因組激活關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子。 前者描繪的翻譯組圖譜填補了人類早期胚胎研究過程中的空缺，后者發(fā)現(xiàn)新的關(guān)鍵調(diào)控因子為解決“人類合子基因組是如何激活的”問題向前邁進了一步。  （來源：Science） 除了理論價值之外，今后該成果還有可能有以下潛在的具體應(yīng)用： 首先，微量細(xì)胞的翻譯組與轉(zhuǎn)錄組聯(lián)合測序技術(shù)還可以用于研究極少量的臨床疾病相關(guān)的組織、細(xì)胞樣品（尤其是卵母細(xì)胞以及早期胚胎）。相比轉(zhuǎn)錄組，翻譯組數(shù)據(jù)能為人們提供另一層面的信息，今后或能進一步幫助我們了解臨床疾病病理病因并針對性地進行干預(yù)。 其次，論文中發(fā)現(xiàn)的人-鼠差異，能幫助人們了解在早期胚胎發(fā)育過程中，哪些基因的研究能用小鼠作為模擬人類的模式生物，而哪些不能做到。這對于今后以小鼠作為模式生物進行臨床藥物試驗等提供了參考依據(jù)。 其三，該團隊發(fā)現(xiàn)的人類合子基因組激活轉(zhuǎn)錄因子 TPRXs，未來或可作為標(biāo)志分子來檢測胚胎發(fā)育質(zhì)量以及細(xì)胞全能性狀態(tài)。未來，研究小組也將進一步研究它們的表達(dá)能否促進細(xì)胞命運重編程或促進輔助生殖。 據(jù)介紹，在哺乳動物中，從完全生長的初級卵母細(xì)胞開始直至合子基因組激活之前，全基因組一直處于沉寂狀態(tài)，基本不進行活躍的轉(zhuǎn)錄活動。 因此，卵子向胚胎的轉(zhuǎn)變這一過程 (oocyte-to-embryo transition，OET) 通常由轉(zhuǎn)錄后調(diào)控驅(qū)動，其中包括時期特異性的翻譯調(diào)控。 翻譯調(diào)控對卵母細(xì)胞的減數(shù)分裂、胚胎的受精作用及合子基因組激活（zygotic genome activation，ZGA）都起到了重要作用。由于實驗材料的稀缺，人類卵子和胚胎中的翻譯研究一直屬于未被踏足的領(lǐng)域。 而通過結(jié)合超靈敏翻譯組測序技術(shù) Ribo-lite（Ligation-free, ultra-low-Input and Enhanced Ribo-seq）和轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)（Smart-seq2），該團隊開發(fā)出了 Ribo-RNA-lite（R2-lite）方法，對人類卵子和早期胚胎進行了翻譯組與轉(zhuǎn)錄組聯(lián)合測序，首次描繪了人類卵子向胚胎轉(zhuǎn)變過程中的翻譯組圖譜，并報道了人類與小鼠在此過程中翻譯水平動態(tài)變化存在的物種差異及其可能的機制。 合子基因組激活是生命起始時的第一次轉(zhuǎn)錄活動，它在哺乳動物中是如何起始的依然未被完全理解。盡管啟動合子基因組激活的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子在其他物種，比如斑馬魚和果蠅等中被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，但是啟動人類合子基因組激活的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子仍然是一個未解之謎。 調(diào)控合子基因組激活的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，可能是由母源 mRNA 或者初級合子基因組激活基因翻譯得到，并且可能在合子基因組激活之前處于活躍翻譯狀態(tài)。 基于此，研究人員從翻譯組數(shù)據(jù)中鑒定出了一組合子基因組激活階段翻譯最活躍的一組同源轉(zhuǎn)錄因子 TPRX1、TPRX2、TPRXL，通過在人類早期胚胎和人類胚胎干細(xì)胞分別中進行敲低和過表達(dá)實驗，其首次揭示了 TPRX1/2/L 對于人類胚胎發(fā)育和合子基因組激活起著至關(guān)重要的作用。  （來源：Science） 近日，相關(guān)論文以《翻譯組和轉(zhuǎn)錄組聯(lián)合測序圖譜揭示了 TPRXs 在人類合子基因組激活中的作用》（Translatome and transcriptome co-profiling reveals a role of TPRXs in human zygotic genome activation）為題發(fā)表在 Science 上，鄒卓寧、張傳鑫、王秋艷、侯真真擔(dān)任第一作者，頡偉、山東大學(xué)生殖醫(yī)學(xué)研究中心陳子江院士、趙涵教授擔(dān)任共同通訊作者[1]。  圖 | 相關(guān)論文（來源：Science） 審稿人評價道這項工作是同類研究中的第一個?？傮w而言，作者對一項新技術(shù)進行優(yōu)化，并用于早期人類胚胎發(fā)育研究。這為研究翻譯對于合子基因組激活的作用提供了機會，而這些問題以前是不可能解決的。 并表示這對研究人類胚胎合子基因組激活的學(xué)者具有重要價值。論文中的研究策略和提供的數(shù)據(jù)集，為研究卵母細(xì)胞向胚胎轉(zhuǎn)變過程中的基因表達(dá)提供了重要資源，特別是在人類中。 審稿人還點評稱：“作者表明，大約一半的人-小鼠同源基因的翻譯動態(tài)變化趨勢是不同的，并證明這些差異部分取決于同源基因 3’UTR 中 CPE 和 papCPE 元件的特異性排布，這是該論文的第一個新穎且重要的信息。 此外，文中數(shù)據(jù)令人信服地證明，TPRX 家族轉(zhuǎn)錄因子在人類合子基因組激活中起主要作用，這是該文章的第二個主要信息，也是新穎和重要的。綜上所述，該手稿極大地促進了我們對人類合子基因組激活的理解?！?/span> 據(jù)悉，2019 年底頡偉實驗室開始和山東大學(xué)陳子江院士、趙涵教授團隊建立聯(lián)系，開始合作。2019 年底-2020 年底，雙方完成人類卵子與早期胚胎翻譯組與轉(zhuǎn)錄組聯(lián)合測序數(shù)據(jù)收集，并完成初步的數(shù)據(jù)分析整理。 2020 年-2022 年初，針對初步分析得到的發(fā)現(xiàn)，課題組展開實驗驗證，包括完成 TPRXs 等基因的敲低實驗、人類胚胎干細(xì)胞中的功能實驗，以及探究人-鼠翻譯動態(tài)變化差異性的可能原因。隨后便進入投稿和發(fā)布階段。  （來源：Science） 關(guān)于 TPRXL 的發(fā)現(xiàn)，是該團隊難忘的事情之一。在尋找人類合子基因組激活前高翻譯的基因時，TPRXL 基因作為四細(xì)胞高翻譯的基因首先進入了課題組的視野里，但是經(jīng)查閱資料他們發(fā)現(xiàn)此前人們對于這個基因的認(rèn)知很少，它在數(shù)據(jù)庫中甚至被注釋為一個假基因，即不編碼蛋白的基因，市面上也沒有針對這個蛋白的抗體。 于是，他們開始制備針對這段蛋白序列的抗體。通過免疫熒光手段發(fā)現(xiàn)它的蛋白的確存在于人類早期胚胎里的細(xì)胞中，并且敲低它會影響胚胎發(fā)育和合子基因組激活，證明 TPRXL 確實是編碼蛋白并且有重要功能。 另外，在人類胚胎中進行敲低實驗時，研究人員嘗試過 TPRX 家族單個成員的分別敲低，最開始并沒有觀察到明顯的胚胎發(fā)育表型和合子基因組激活異常。 他們猜測這可能與人類早期胚胎中 TPRX1/2/L 家族中多個成員的冗余性（redundancy）有關(guān)，于是開始針對 TPRX1/2/L 這三個基因開始設(shè)計實驗，后來發(fā)現(xiàn)是三個基因一起才能發(fā)揮更大的功能。 而由于人類胚胎樣本非常稀缺，頡偉實驗室的熊竹清和鄒卓寧同學(xué)前期做了大量的實驗優(yōu)化，將原來需要百萬級細(xì)胞的 Ribo-seq 優(yōu)化為只需要單卵子的 Ribo-lite，后來進一步把 Ribo-lite 技術(shù)和 RNA-seq 整合起來，做到盡可能利用同一份樣本得到兩份寶貴的數(shù)據(jù)。 接下來，課題組主要計劃圍繞合子基因組激活關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子展開后續(xù)研究，包括兩大方面：一方面是探究此次發(fā)現(xiàn)的 TPRX1/2/L 是如何激活人類基因組的；另一大方面是，尋找其他合子基因組激活關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子并探究人類早期胚胎轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。 概括來說，今后其將利用人類早期胚胎體系，并結(jié)合人類胚胎干細(xì)胞、基因組學(xué)、生物化學(xué)手段等，繼續(xù)研究這些人類合子基因組激活關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子的功能與作用機制。 參考資料： 1.Zou, Z., Zhang, C., Wang, Q., Hou, Z., Xiong, Z., Kong, F., ... & Xie, W. (2022). Translatome and transcriptome co-profiling reveals a role of TPRXs in human zygotic genome activation. Science, 378(6615), abo7923. 由 DeepTech 攜手《麻省理工科技評論》重磅推出的《科技之巔：全球突破性技術(shù)創(chuàng)新與未來趨勢（20 周年珍藏版）》已開啟預(yù)售！點擊下方海報可預(yù)購圖書！  |
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