哺乳動物生命起(qǐ)始于終末分化的精子和卵子通過(guò)受精過(guò)程形成(chéng)一個全能(néng)性的受精卵。受精卵最初處于全基因組轉錄沉默狀态。不同哺乳動物經(jīng)過(guò)一或幾輪細胞分裂後(hòu)，受精卵開(kāi)始發(fā)生第一次轉錄事(shì)件稱爲合子基因組激活（Zygotic genome activation，ZGA）。ZGA發(fā)生後(hòu)，随著(zhe)胚胎發(fā)育的進(jìn)行，出現第一次譜系分化從而形成(chéng)内細胞團（ICM）和外胚層（TE）。ICM随後(hòu)發(fā)育形成(chéng)具有NANOG表達的外胚層（Epi）和Gata6表達的原始内胚層（PrE）。在體外，ICM可以誘導獲得胚胎幹細胞，胚胎幹細胞以及誘導多能(néng)幹細胞的轉錄調控網絡可以一定程度上反映多能(néng)性建立和維持的過(guò)程。例如核心多能(néng)性轉錄因子NANOG、SOX2和OCT4共同調控多能(néng)性的轉錄網絡。然而迄今爲止，在體内，ZGA如何與哺乳動物胚胎的第一次譜系分化相連接以及胚胎的多能(néng)性如何建立仍然不清楚。

清華大學(xué)生命學(xué)院颉偉教授課題組于11月7日在《細胞研究》（Cell Research）期刊上以長(cháng)文形式報道(dào)了題爲“NR5A2在全能(néng)性胚胎中連接合子基因組激活與第一次譜系分化”（NR5A2 connects zygotic genome activation to the first lineage segregation in totipotent embryos）的論文，揭示了轉錄因子是如何連接受精卵的合子基因組激活與第一次譜系分化。這(zhè)一重要發(fā)現闡明了早期胚胎發(fā)育全能(néng)性向(xiàng)多能(néng)性轉換的功能(néng)與機制。

NR5A2在早期胚胎發(fā)育中連接基因組激活與第一次細胞命運決定

NR5A2是一個核受體家族轉錄因子。颉偉課題組前期研究表明發(fā)現NR5A2在ZGA過(guò)程中被(bèi)激活，并且其DNA結合基序也在2-8細胞時期胚胎開(kāi)放染色質中呈現明顯富集。在該研究中，研究人員通過(guò)對(duì)NR5A2的敲低和敲除實驗發(fā)現，這(zhè)些胚胎會呈現桑椹胚時期（16細胞）阻滞。對(duì)NR5A2敲降的胚胎進(jìn)行轉錄組分析發(fā)現，4-8細胞時期特異激活的基因受到影響，但對(duì)全局的ZGA發(fā)生影響則十分有限。随後(hòu)，研究人員使用CUT&RUN以及ATAC-seq技術發(fā)現：（1）NR5A2結合在2和8細胞的順式調控元件（cis-regulatory elements）上，且激活2-8細胞時期的基因表達；（2）NR5A2結合位點富集大量的B1重複元件，這(zhè)些重複元件上含有大量的OBOX、NR5A2、RARG等早期胚胎發(fā)育重要的轉錄因子結合基序；（3）NR5A2對(duì)2細胞時期染色質開(kāi)放影響不大，但對(duì)8細胞時期特異的染色質開(kāi)放則至關重要。很多這(zhè)些位點在胚胎發(fā)育後(hòu)期或者胚胎幹細胞時期會被(bèi)NANOG、SOX2、OCT4等多能(néng)因子結合。重要的是，NR5A2在8細胞時期激活了關鍵的多能(néng)性基因NANOG和OCT4，以及與胚胎外胚層和原始内胚層調控相關的關鍵基因如Tead4、Gata3和Gata6。綜上所述，該研究發(fā)現并深入研究了NR5A2在胚胎中連接ZGA與第一次譜系分化中作用的分子機制，揭示了轉錄因子在早期胚胎發(fā)育過(guò)程中的重要功能(néng)。

颉偉教授爲論文的通訊作者，清華大學(xué)生命學(xué)院賴方秾博士（已畢業）、李麗佳博士（已畢業）、2019級博士生胡曉瑜以及博士後(hòu)劉伯峰爲論文的共同第一作者。合作實驗室包括中科院生物物理所鄧紅雨教授和田華彬博士、中科院分子細胞科學(xué)卓越創新中心李勁松教授和李慶博士。清華大學(xué)生命學(xué)院2021級博士生朱子奇、颉偉課題組科研助理劉玲也在課題中作出重要貢獻。

該課題得到清華大學(xué)實驗動物中心、生物醫學(xué)測試中心基因測序平台以及計算平台的大力協助和支持。該研究獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金會、國(guó)家科技部重點研發(fā)計劃、清華-北京生命科學(xué)中心的經(jīng)費支持。