2023年7月17日，清華大學(xué)頡偉及賓夕法尼亞大學(xué)Richard M. Schultz共同通訊在Nature 在線發(fā)表題為“OBOX regulates murine zygotic genome activation and early development”的研究論文，該研究發(fā)現(xiàn)OBOX，一個(gè)類似PRD的同源盒結(jié)構(gòu)域TF家族(OBOX1-8)，是小鼠ZGA的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。缺乏母系轉(zhuǎn)錄的Obox1/2/5/7和合子表達(dá)的Obox3/4的小鼠出現(xiàn)2-4細(xì)胞阻滯，并伴有ZGA受損。母體和合子的OBOX冗余支持胚胎發(fā)育，因?yàn)镺BOX KO缺陷可以通過恢復(fù)其中任何一個(gè)來挽救。

論文共同第一作者為嵇姝妍博士后，陳鳳玲博士后，王嘉程博士，周子茗博士，王利娟研究助理、Qing Zhao，Zili Lin以及美國(guó)科學(xué)研究所生殖與發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的Paula Stein博士。?

染色質(zhì)結(jié)合分析顯示，敲除Obox優(yōu)先影響Obox結(jié)合靶點(diǎn)。在機(jī)制上，OBOX促進(jìn)了RNA Pol II的“預(yù)配置（pre-configuration）”，因?yàn)镻ol II從最初的1細(xì)胞結(jié)合靶點(diǎn)遷移到ZGA基因啟動(dòng)子和遠(yuǎn)端增強(qiáng)子。Obox突變體的Pol II預(yù)配置受損伴隨著ZGA缺陷和染色質(zhì)可及性轉(zhuǎn)變，以及1細(xì)胞Pol II靶點(diǎn)的異常激活。最后，OBOX的異位表達(dá)激活了mESCs中的ZGA基因和MERVL重復(fù)序列。因此，這些數(shù)據(jù)表明OBOX調(diào)節(jié)小鼠ZGA和早期胚胎發(fā)生。

另外，2020年10月28日，清華大學(xué)頡偉團(tuán)隊(duì)在Nature 在線發(fā)表題為“The landscape of RNA Pol II binding reveals a stepwise transition during ZGA”的研究論文，該研究揭示了小鼠早期胚胎中RNA聚合酶II通過“三步走”的模式參與實(shí)現(xiàn)基因組激活的過程。該發(fā)現(xiàn)不僅有助于我們進(jìn)一步理解合子基因組激活（ZGA，zygotic genome activation）這一重要生物學(xué)事件的基本機(jī)制，也為早期胚胎發(fā)育相關(guān)疾病與輔助生殖相關(guān)研究提供了重要的理論基礎(chǔ)。

ZGA是受精后的第一個(gè)轉(zhuǎn)錄事件，在早期發(fā)育中驅(qū)動(dòng)從母體到胚胎控制的轉(zhuǎn)變。它經(jīng)常發(fā)生在兩個(gè)波：小ZGA和大ZGA。在小鼠中，輕微的ZGA發(fā)生在細(xì)胞中期，此時(shí)只有少數(shù)基因被激活。數(shù)千個(gè)基因隨后在晚期2細(xì)胞(L2C)胚胎中被激活。

Pol II在1細(xì)胞(1C)小鼠胚胎中啟動(dòng)廣泛的染色質(zhì)結(jié)合，包括許多非主要的ZGA靶標(biāo)。然后，它經(jīng)歷重新定位到主要ZGA基因，或“預(yù)配置”，在主要ZGA之前的早期2細(xì)胞(E2C)階段檢測(cè)到中間狀態(tài)。然而，哪些序列特異性因素指導(dǎo)Pol II的預(yù)配置仍然未知。在果蠅中，ZELDA、GAF和CLAMP被鑒定為ZGA的主轉(zhuǎn)錄因子(TFs)。NANOG、SOXB1和POU5F1在斑馬魚中也有類似的作用。小鼠中的DUX和人類的DUX4激活了ESCs中ZGA基因的一個(gè)子集(主要是次要的ZGA基因)。然而，Dux基因敲除(KO)幾乎不影響小鼠胚胎中的ZGA，大約一半的Dux KO小鼠存活到足月。NR5A2被認(rèn)為調(diào)節(jié)小鼠ZGA和發(fā)育超過2C階段，盡管其確切作用仍在討論中。最近，作者發(fā)現(xiàn)了TPRXs調(diào)節(jié)人類ZGA和早期發(fā)育。然而，這一發(fā)現(xiàn)仍然需要在遺傳KO模型中進(jìn)行測(cè)試，并且小鼠中的等效TFs是否在ZGA中發(fā)揮類似的作用仍然未知。

Obox基因的定位與表達(dá)（圖源自Nature?）

該研究發(fā)現(xiàn)OBOX家族是小鼠ZGA的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，部分原因是通過促進(jìn)Pol II“預(yù)配置”和染色質(zhì)優(yōu)先在CG-poor啟動(dòng)子和增強(qiáng)子上打開。OBOX的缺失損害了小鼠著床前發(fā)育和ZGA，并伴有263異位基因活化的Pol II 1C靶標(biāo)。有趣的是，這些缺陷可以通過恢復(fù)母體的1/5/7或合子的OBOX3來修復(fù)，這表明OBOX成員之間存在冗余。作者推測(cè)這種冗余可能進(jìn)化為一種故障安全機(jī)制，以確保ZGA的成功啟動(dòng)。個(gè)別OBOX成員是否執(zhí)行特定功能還有待進(jìn)一步研究。

值得注意的是，人類中有少數(shù)PRD樣的TFs獨(dú)立產(chǎn)生于與嚙齒類動(dòng)物中Obox基因相同的祖先基因 Crx，盡管它們與Obox(13.4-28.7%)具有有限的蛋白質(zhì)相似性。作者最近發(fā)現(xiàn)PRD樣的成員TPRXs調(diào)節(jié)人類ZGA 和早期發(fā)育。然而，由于人類胚胎無法進(jìn)行分子表征，它們的功能尚不清楚。該研究令人信服地證明了PRD樣的TFs在小鼠ZGA和KO遺傳模型的早期發(fā)育中的重要作用，從而闡明了生命如何開始的基本問題背后的分子回路。這項(xiàng)工作也將為理解哺乳動(dòng)物的ZGA和PRD鋪平道路，就像其他物種的TFs一樣。

論文信息：

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2847-y

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06428-3