中美科學(xué)家的最新研究顯示，受精卵細(xì)胞（或稱(chēng)合子）如何 "重置"的，從而使新形成的胚胎能夠按照自己的遺傳程序發(fā)育。這項(xiàng)研究發(fā)表在7月17日的《自然》雜志上。

加州大學(xué)戴維斯分校獸醫(yī)學(xué)院的教授Richard Schultz說(shuō):“科學(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，新受精的卵細(xì)胞的基因組是不活躍的，必須被喚醒。”這一步被稱(chēng)為合子基因組激活（ZGA，zygotic genome activation）。

“為了胚胎的發(fā)育，卵母細(xì)胞/卵子必須失去其身份，并通過(guò)制造新的東西來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。我們現(xiàn)在知道了這種轉(zhuǎn)變?nèi)绾伟l(fā)生的第一步。”

為了使重置或激活過(guò)程發(fā)生，胚胎需要開(kāi)始將DNA中的基因轉(zhuǎn)錄成信使RNA，而信使RNA又被翻譯成蛋白質(zhì)。第一批轉(zhuǎn)錄的基因?qū)⒓せ钇渌颍瑥亩古咛グl(fā)育成一只完整的小鼠(或人)。到目前為止，這些第一批主控基因的身份一直是未知的。

RNA聚合酶II (Pol II)是將DNA轉(zhuǎn)錄成RNA的酶。但作者表示，Pol II本身是一種未激活的酶。其他被稱(chēng)為轉(zhuǎn)錄因子的基因需要指導(dǎo)Pol II，以便它在正確的時(shí)間轉(zhuǎn)錄“正確的”基因。

早在21世紀(jì)初，Schultz就發(fā)現(xiàn)，在卵細(xì)胞中休眠的母體信使核糖核酸（maternal messenger RNAs）中就有這些首批轉(zhuǎn)錄因子。休眠的母體信使RNA對(duì)卵母細(xì)胞來(lái)說(shuō)是獨(dú)一無(wú)二的，因?yàn)樾潞铣傻男攀筊NA不像在體細(xì)胞中那樣被翻譯。當(dāng)卵母細(xì)胞成熟成為卵子時(shí)，這些休眠的母體信使RNA被翻譯成蛋白質(zhì)，然后執(zhí)行它們的功能。研究人員意識(shí)到，啟動(dòng)受精卵基因組激活的信息可能存在于來(lái)自母體的休眠信使RNA中，該信使RNA將編碼主轉(zhuǎn)錄因子。

OBOX1-8是候選因子

Schultz實(shí)驗(yàn)室確定了一個(gè)名為OBOX的大家族基因，他們認(rèn)為這可能是候選基因。該家族由8個(gè)基因組成：OBOX1-8。基于它們?cè)谠缙诎l(fā)育期間的表達(dá)譜，OBOX1、2、3、4、5和7可能是候選基因。他們開(kāi)始與清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院頡偉教授合作，縮小候選人的范圍。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)小鼠，頡偉團(tuán)隊(duì)敲除所有可能的候選基因，然后系統(tǒng)地恢復(fù)OBOX基因，確定哪些基因?qū)κ芫鸦蚪M激活至關(guān)重要。沒(méi)有這些基因，胚胎發(fā)育在2到4個(gè)細(xì)胞階段就停止了。

最有趣且出乎意料的是，這些OBOX基因的功能是高度冗余的：一個(gè)基因的敲除可以被另一個(gè)基因所取代。研究人員認(rèn)為這種冗余很可能是由于過(guò)渡如此重要而進(jìn)化出來(lái)的。此外，研究人員發(fā)現(xiàn)OBOX基因的功能是促進(jìn)Pol II定位到正確的基因上，開(kāi)始合子基因組激活。

在小鼠中，基因組激活發(fā)生在兩細(xì)胞階段。在人類(lèi)胚胎中，當(dāng)胚胎經(jīng)過(guò)幾輪分裂形成8個(gè)細(xì)胞時(shí)，它發(fā)生得更晚。一個(gè)懸而未決的問(wèn)題是，這一過(guò)程在不同物種間的保守程度，也就是說(shuō)，obox樣基因是否參與了人類(lèi)基因組的激活。這項(xiàng)工作還對(duì)理解胚胎干細(xì)胞是如何被重新編程的，從而使它們能夠發(fā)育成身體的任何組織具有啟示意義。

這項(xiàng)工作得到了中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院的部分資助。