文章解讀
哺乳動(dòng)物的受精卵在發(fā)育到2-4細(xì)胞期以后，胚胎自身的基因組才開(kāi)始具有廣泛的轉(zhuǎn)錄活性。在這一階段率先表達(dá)出來(lái)的基因被稱(chēng)作early zygotic gene，對(duì)后續(xù)的卵裂球命運(yùn)決定、發(fā)育全能性維持和胚胎植入具有重要調(diào)節(jié)作用，但是目前對(duì)這些early zygotic gene的功能研究還很少。在本研究中，范衡宇課題組發(fā)現(xiàn)，一個(gè)叫做DCAF13的CRL4 E3泛素連接酶底物識(shí)別蛋白在人和小鼠早期胚胎中高表達(dá)，屬于一個(gè)以前從未報(bào)道過(guò)的early zygotic gene。該基因在進(jìn)化過(guò)程中高度保守，從酵母到人類(lèi)基因組中都可以找到它的同源基因，但生理功能卻未被研究過(guò)。因此，課題組制作了Dcaf13基因敲除小鼠，發(fā)現(xiàn)缺失DCAF13的胚胎只能發(fā)育至桑葚胚階段，并伴隨著8-細(xì)胞胚胎階段的rRNA轉(zhuǎn)錄活性減弱、胚胎不能發(fā)生致密化，在植入子宮前死亡，說(shuō)明DCAF13介導(dǎo)的生化過(guò)程對(duì)于植入前胚胎的存活和發(fā)育至關(guān)重要。
進(jìn)而，課題組繼續(xù)深入研究了DCAF13的作用機(jī)制。精卵結(jié)合啟動(dòng)了程序性的早期胚胎發(fā)育過(guò)程，并伴隨父母雙方來(lái)源染色質(zhì)的劇烈重編程。相比體細(xì)胞核移植（SCNT）和iPSC的重編程過(guò)程，正常受精形成的胚胎發(fā)育潛能更高。前期研究顯示，SCNT和iPSC過(guò)程中組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶SUV39H1是阻礙重編程效率的重要因子。SUV39H1介導(dǎo)特定染色質(zhì)區(qū)域的組蛋白H3第9位賴(lài)氨酸發(fā)生三甲基化修飾（H3K9me3），從而促進(jìn)異染色質(zhì)形成、抑制該區(qū)域基因的轉(zhuǎn)錄。這種表觀遺傳修飾的擦除，是胚胎發(fā)育激活和體細(xì)胞重編程過(guò)程的關(guān)鍵限速步驟。那么在早期胚胎的高效重編程過(guò)程中，哪些生化機(jī)制調(diào)控著SUV39H1的穩(wěn)定和活性，以前尚不清楚。
在本研究中，課題組發(fā)現(xiàn)DCAF13與SUV39H1蛋白分子可以相互結(jié)合，并在細(xì)胞核中共定位。進(jìn)一步在受精卵中過(guò)表達(dá)SUV39H1，胚胎能產(chǎn)生類(lèi)似DCAF13敲除的現(xiàn)象；生化實(shí)驗(yàn)證實(shí)，DCAF13把SUV39H1招募到CRL4 E3泛素連接酶復(fù)合體上，使SUV39H1發(fā)生多聚泛素化并被降解，維持8-細(xì)胞胚胎階段的H3K9me3處于低水平，從而促進(jìn)核糖體DNA和一些早期胚胎胚層分化相關(guān)基因的活躍轉(zhuǎn)錄。該研究不僅發(fā)現(xiàn)了維持早期胚胎發(fā)育潛能的新分子，也揭示了早期胚胎高效重編程的內(nèi)在分子機(jī)制。
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