2021-12-31

Cell Stem Cell | 早期胚胎的单细胞RNA测序可能改写教科书

原创 图灵基因 图灵基因 2021-12-31 09:12

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众所周知，人类胚胎的转录起始（胚胎基因组激活）发生在八细胞阶段。然而，启动这一进程的确切时间仍不清楚。到目前为止，人们一直认为人类胚胎中的基因只有在受精后两三天，由四到八个细胞组成时才会变得活跃。现在，来自英国的一个小组对单细胞胚胎中的基因表达进行了深入分析，他们的发现表明基因表达始于人类胚胎的单细胞阶段。

剑桥大学首席研究助理Giles Yeo博士在推特上说，教科书上说，卵子和精子融合所需的一切都已经存在于卵子中，直到4-8细胞期才出现新的转录（产生mRNA，从而产生更多蛋白质）。“我们表明这从根本上是错误的。”他补充道，“改变了我们对自身发展起源的看法。”

这项工作发表在《Cell Stem Cell》上的一篇题为“Human embryonic genome activation initiates at the one-cell stage”的论文中。

研究人员使用scRNA-seq分析了单个人类卵子和单细胞胚胎，并揭示了以前无法获得的卵母细胞到胚胎基因表达变化，可能是如此低的幅度，以前的技术无法检测到。

巴斯大学生物与生物化学系教授Tony Perry博士说：“这是对我们所有人都经历的生物过程开始的第一次很好的观察——通过单细胞胚胎阶段的过渡。没有基因组觉醒，发展就会失败，所以这是一个基本步骤。”

研究小组发现，在单细胞胚胎中激活的许多基因在四到八个细胞阶段之前一直处于开启状态，在这一阶段它们被关闭。他们写道，他们证实了“受精后的消耗（母体RNA降解）。”

“在早期胚胎中似乎存在某种基因转移：第一次转移在受精后不久开始，在单细胞胚胎中，第二次转移在八细胞阶段发生。”研究人员说。

在人类受精的那一刻，精子和卵子的基因组——它们所有基因的集合——都是不活跃的：精子和卵子依赖于它们形成时产生的转录本来获得调节其特征的指令。

了解基因组觉醒的过程很重要：它是发展拼图中的一个关键部分，有助于更好地理解疾病、遗传和不育。科学家们发现了一些被激活的基因，这些基因可能在早期胚胎中发挥作用，但其他基因的作用尚不清楚，可能指向尚未完全理解的胚胎事件。

研究小组的发现也揭示了基因是如何被激活的。“虽然人们认为激活的触发因素来自卵子，但目前还不知道是如何发生的；现在我们知道哪些基因参与了激活，我们可以定位它们的地址，并使用分子技术找出来。”研究人员说。

可能触发基因激活的候选基因包括与癌症相关的基因调节因子，例如一些众所周知的致癌基因。这使得研究人员推测他们的作用是唤醒单细胞胚胎中的基因。如果这被证明是正确的，该团队的发现可以阐明引发癌症的事件，提供新的诊断和预防机会。

“如果是真的，我们应该能够在单细胞阶段看到这种改变的基因激活特征。”研究人员指出。

该团队还研究了不发育的不健康单细胞胚胎，发现它们的许多基因未能激活。异常胚胎已被用于评估人类可遗传基因组编辑的方法，但新发现表明，它们可能不适合作为可靠的测试系统。