啟動它的基因
人胚胎的形成始于精子細胞對卵母細胞的受精。這產(chǎn)生受精卵，原始細胞攜帶一個拷貝，每個母本和父本基因組。然而，這種遺傳信息只有在受精卵分裂幾次后才開始表達。但是直到現(xiàn)在才知道這個過程被稱為“合子基因組激活”。EPFL科學家剛剛發(fā)現(xiàn)，DUX蛋白家族成員負責點燃新生胚胎的基因表達程序。發(fā)表于Nature Genetics，這一發(fā)現(xiàn)是發(fā)育生物學的里程碑。
EPFL的Didier Trono實驗室的博士后Alberto de Iaco利用了一項看似無關(guān)緊要的研究，研究患有某種形式的肌營養(yǎng)不良癥的患者，其中突變導致肌肉細胞中產(chǎn)生一種叫做DUX4的蛋白質(zhì)，這種蛋白質(zhì)通常只能檢測到在人類胚胎發(fā)育的最早階段。
De Iaco還發(fā)現(xiàn)，當DUX4在肌肉細胞中被強制產(chǎn)生時，它會打開在合子基因組激活過程中表達的一整套基因。這是首次表明DUX4可能成為這一開創(chuàng)性事件的關(guān)鍵監(jiān)管者。
為了證實這一點，研究人員分析了公開的數(shù)據(jù)，以確定在胚胎發(fā)育的最初幾天內(nèi)人類基因組的哪些成分被表達。他們發(fā)現(xiàn)DUX4是在這個階段表達的最早的基因之一，在合子基因組激活之前釋放出高濃度的蛋白質(zhì)產(chǎn)物。
根據(jù)這一趨勢，科學家們可以證明DUX4蛋白與合子基因組激活過程中誘導的基因調(diào)控區(qū)結(jié)合，刺激它們的表達。
接下來，他們研究了小鼠胚胎干細胞，其中含有DUX4基因的小鼠版本(簡稱為DUX)。當在培養(yǎng)中時，這些細胞中的一小部分在任何給定時間內(nèi)表現(xiàn)出2細胞期胚胎的基因表達模式，然后循環(huán)回到更先進的胚胎細胞的特征。但是當EPFL研究人員刪除DUX基因時，這個過程停止了，2細胞階段樣亞群的出現(xiàn)被抑制了。
最后一項證據(jù)來自EPFL科學家使用CRISPR / Cas9基因組編輯從受精小鼠卵母細胞中去除DUX基因。這完全阻止了合子基因組的活化，并且排除了胚胎在第一次細胞分裂之外的生長。
該研究指出DUX4，以及DUX蛋白家族，作為主要調(diào)節(jié)因子，負責在人類，小鼠和可能所有胎盤哺乳動物的胚胎生命的最早階段啟動基因組表達。
“一個古老的謎團得到了解決，”Didier Trono說。“該研究揭示了什么觸發(fā)了最終使我們成為現(xiàn)實的遺傳程序。它還可以幫助我們了解某些不孕癥病例，并可能指導DUX相關(guān)肌肉營養(yǎng)不良的新療法的開發(fā)”。
他和他的團隊現(xiàn)在很好奇在我們的胚胎生命的最初幾個小時里，什么可以釋放出這個主調(diào)節(jié)器的短暫而又如此重要的生產(chǎn)。
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