中国科学家发表人类早期胚胎翻译组图谱

卵子与精子的相遇象征着哺乳动物生命的起点，但从卵母细胞成熟到受精卵形成之后，基因转录并不是活跃进行的，相反，基因组在这一段时间内处于沉默的状态，直到一个关键的过程到来——合子基因组激活（zygotic genome activation，ZGA）。

ZGA发生在受精卵***的特定阶段，例如对于人类，出现在8细胞时期。这时，基因组迅速激活并大量表达。作为生命起始时的***次转录事件，同时也是启动胚胎发育进程的关键事件，ZGA的重要意义不言而喻，但这个过程仍未被完全理解清楚。例如，尽管启动ZGA的关键转录因子在其他物种中被陆续发现，但启动人类ZGA的关键转录因子仍然是一个未解之谜。

在***新一期《科学》杂志中，清华大学生命学院颉伟教授团队与山东大学生殖医学研究中心陈子江院士、赵涵教授团队合作，绘制了人类卵子向早期胚胎转变过程中的翻译图谱，进而揭示了人与小鼠（人-鼠）早期胚胎翻译组动态变化的差异性和保守性，并鉴定出了人类合子基因组激活的关键调控因子。

在哺乳动物卵子向早期胚胎转变的过程中，翻译在减数***、合子基因组激活和早期胚胎发育过程中扮演了重要角色。为了更准确地得到相同样品的翻译组与转录组信息从而用于深入分析，同时为了节省人类卵子及早期胚胎样品，研究团队结合超灵敏翻译组测序技术（Ribo-lite）和转录组测序技术（Smart-seq2），开发出一项可以进行翻译组与转录组联合测序的新技术——Ribo-RNA-lite（简称R2-lite）。

经翻译组分析比较发现，在卵子向早期胚胎转变过程中，人-鼠同源基因中有一半呈现保守的翻译水平动态变化趋势，而另一半呈现出不同的翻译水平动态变化趋势。这些广泛的翻译水平差异来自编码表观遗传重编程因子、小RNA生物学合成酶等基因。

研究发现，不同物种间翻译变化的差异，部分是由3'非翻译编码区（3’ UTR）关键调控序列的差异排布导致的。因此，研究证实了3’ UTR多样性对于调节RNA翻译的物种间差异性与保守性，起到了***关重要的作用。

此外，研究团队从翻译组数据中发现，一组同源域（Homeobox）转录因子在人类合子基因组激活阶段附近呈现高翻译活性，这些转录因子包括母源因子TPRXL以及在初级ZGA时期开始表达的TPRX1和 TPRX2。它们潜在的DNA结合基序在ZGA基因的远端开放染色质区域（即可能的增强子）上高度富集。因此，这些转录因子可能就是ZGA过程的关键调控因子。

为了验证这一点，研究团队开展了进一步的实验。结果，联合敲低TPRX1/2/L会导致胚胎发育和ZGA的明显缺陷，大约31%的ZGA基因被下调。此外，在人类胚胎干细胞中，过表达TPRX1/2会结合并激活一部分ZGA基因。这些下游基因包括有多个转录因子，说明TPRX1/2/L可以靶向下游转录因子从而进一步启动下游转录事件。

综上所述，这项研究揭示了人-鼠早期胚胎翻译组动态变化的差异性和保守性，并且鉴定出了人类ZGA过程的关键调控因子TPRXL、TPRX1和 TPRX2。

▲通过人类卵子和早期胚胎翻译组与转录组联合测序，研究揭示了翻译调控机制和合子基因组激活关键因子

对于这项突破的意义，论文共同***作者，清华-北大生命科***合中心博士研究生邹卓宁解释道：“合子基因组激活（ZGA）的正常进行对于胚胎发育进程，以及母源-合子转变过程的推动都起着重要的作用。配子形成、受精作用以及早期胚胎发育等过程中的缺陷都可能是临床上不孕不育症的形成原因。理解ZGA以及早期胚胎发育过程中的分子机制（如重要调控因子的发现），可能可以为人们进一步理解人类不孕不育症的病因、帮助不孕不育症的治liao，以及提升辅助生殖技术中胚胎的成活率等提供理论基础。”