近日，北京基因組所（國家生物信息中心）通過合作研究在《Cell Research》雜志發(fā)表題為“Phase separation of Ddx3xb helicase regulates maternal-to-zygotic transition in zebrafish”的研究成果，揭示了早期胚胎發(fā)育過程中RNA解旋酶Ddx3xb通過相分離調(diào)控母源mRNA翻譯的新機制。 動物早期胚胎發(fā)育由存儲在卵子中的母源因子（母源mRNA和蛋白）進(jìn)行調(diào)控，逐步完成從母源因子主導(dǎo)到合子基因主導(dǎo)的過渡（母源-合子轉(zhuǎn)換），在此過程中, 母源mRNA穩(wěn)定性及翻譯的調(diào)控對母源-合子轉(zhuǎn)換及胚胎發(fā)育的有序進(jìn)行發(fā)揮著重要作用。中國科學(xué)院北京基因組研究所（國家生物信息中心）楊運桂研究組和中國科學(xué)院動物研究所劉峰研究組的早期合作研究發(fā)現(xiàn)，RNA m5C修飾及RNA結(jié)構(gòu)變化調(diào)控母源mRNA穩(wěn)定性，從而促進(jìn)母源-合子轉(zhuǎn)換正常進(jìn)行。然而，該生物學(xué)過程的調(diào)控機制依然存在很多未知。 研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，Ddx3xb在斑馬魚胚胎早期發(fā)育過程中高表達(dá)，隨后一系列相分離分析實驗發(fā)現(xiàn)，其蛋白可以在體外及體內(nèi)發(fā)生相分離，且其相分離活性主要依賴于其N端的內(nèi)在無序區(qū)域 (intrinsically disordered region, IDR)。同時發(fā)現(xiàn)，在正常發(fā)育過程中，內(nèi)源Ddx3xb蛋白相分離在受精后4小時發(fā)生。由于受精后4小時時期是母源-合子轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵時間點，暗示Ddx3xb相分離可能對母源-合子轉(zhuǎn)換具有調(diào)控作用。研究組通過CRISPR/Cas 9技術(shù)構(gòu)建了Ddx3xb敲除的斑馬魚品系，并發(fā)現(xiàn)Ddx3xb敲除的斑馬魚胚胎發(fā)生了早期發(fā)育延遲現(xiàn)象。并且，該延遲表型能被全長型的Ddx3xb回補，但不能被無法發(fā)生相分離的N端內(nèi)在無序區(qū)域缺失型Ddx3xb回補。 通過組學(xué)及生化實驗，團(tuán)隊對其分子機制做了進(jìn)一步研究。RNA-seq數(shù)據(jù)表明Ddx3xb相分離可以調(diào)控母源mRNA的降解與合子基因的激活，說明Ddx3xb相分離在母源-合子轉(zhuǎn)換過程中發(fā)揮了重要的分子調(diào)控作用。結(jié)合之前發(fā)表的斑馬魚早期發(fā)育RNA結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，與Ddx3xb結(jié)合的母源mRNA 5’UTR區(qū)域的結(jié)構(gòu)在受精后4小時時期發(fā)生了顯著性開放，RNA解旋實驗則表明，Ddx3xb相分離可以促進(jìn)其RNA解旋活性，而mRNA 5’UTR 的結(jié)構(gòu)又可能對其翻譯效率有著重要調(diào)控作用。團(tuán)隊進(jìn)一步通過Ribosome profiling實驗證明了Ddx3xb相分離可以提高與其結(jié)合的母源mRNA的翻譯效率。 綜上，該研究發(fā)現(xiàn)在斑馬魚早期胚胎發(fā)育過程中Ddx3xb可以在正常的生理條件下發(fā)生相分離，Ddx3xb相分離促進(jìn)了與其結(jié)合的母源mRNA 5’UTR區(qū)域結(jié)構(gòu)的開放，進(jìn)而調(diào)控這些種類母源mRNA翻譯的進(jìn)行，最終影響母源-合子轉(zhuǎn)換及早期胚胎發(fā)育。該工作拓展了相分離在生物學(xué)過程中的作用，有助于了解母源-合子轉(zhuǎn)換過程中基因表達(dá)動態(tài)調(diào)控規(guī)律。 該文章入選Cell Research封面論文。瑞士洛桑大學(xué)Nadine L. Vastenhouw教授等針對此研究在Cell Research同期發(fā)表題為“Maternally loaded RNAs: no time to die”的亮點評述，認(rèn)為此項工作對理解和認(rèn)識相分離在生物學(xué)過程中的作用以及胚胎母源合子轉(zhuǎn)換過程中的基因表達(dá)變化具有重要貢獻(xiàn)。 該工作由中國科學(xué)院北京基因組研究所（國家生物信息中心）楊運桂研究組和中國科學(xué)院動物研究所劉峰研究組合作完成。北京基因組所時博陽博士、周佳熠博士、楊瑩副研究員，和動物研究所衡鑒博士為論文的共同第一作者。在這項工作中，青促會會員楊瑩副研究員（第八批會員）主要負(fù)責(zé)生化分子和細(xì)胞生物學(xué)相關(guān)驗證實驗、文庫構(gòu)建、文章撰寫和修改等工作，并積極組織協(xié)調(diào)團(tuán)隊成員的分工協(xié)作。該研究得到國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃和中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會等項目的支持。該研究還得到了清華大學(xué)李丕龍研究員、北京基因組研究所趙永良研究員、北京腦科學(xué)與類腦研究中心Magdalena J Koziol研究員的大力幫助。 
Ddx3xb相分離調(diào)控母源mRNA結(jié)構(gòu)及翻譯示意圖 
雜志封面故事: 該幅畫描述了中國古代傳說故事鵲橋相會。七夕之夜，喜鵲聚集成的鵲橋跨越天河，幫助牛郎織女相遇。Ddx3xb相分離(形成鵲橋)促進(jìn)母源RNA降解(克服了天河的阻礙)，進(jìn)而幫助合子基因的激活(牛郎織女相見，紡織出的絲線象征著合子基因的轉(zhuǎn)錄)。 原文鏈接： https://www.nature.com/articles/s41422-022-00655-5
亮點評述文章鏈接： https://www.nature.com/articles/s41422-022-00670-6
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