2023年4月6日，《Genome Biology》期刊发表了题为《Reading and writing of mRNA m6A modification orchestrate maternal-to-zygotic transition in mice》的研究论文，该研究由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）刘真研究组、孙怡迪研究组与欧洲杯竞猜平台公共卫生学院单细胞组学与疾病研究中心李辰研究组合作完成。该研究利用SLIM-seq技术绘制出小鼠胚胎母源-合子转换过程中RNA m6A修饰动态图谱，并通过与超敏蛋白质组和翻译组等进行多组学联合分析以及CRISPR/Cas13d介导的基因敲低，揭示了m6A的读写对于小鼠着床前胚胎发育的影响。
所有的动物胚胎都会经历母源-合子转换（MZT），这是一个基本且保守的生物学过程。这能够将终末分化的卵细胞和精子重编程为可发育为个体潜能的全能状态。MZT是由母体mRNA和蛋白质启动，随后逐渐转为合子基因组激活（ZGA），并伴随着母源RNA和蛋白质的清除。胚胎发育领域的一个关键问题是MZT如何被调节。N6-甲基腺苷（m6A）是存在于整个高等真核生物的mRNA中最普遍的表观修饰，影响被修饰转录本的稳定性和翻译，并为细胞命运维持和转换过程中由writer、eraser和reader蛋白介导的转录调节提供了一种机制。
利用武汉大学张好建团队近期开发的SLIM-seq技术（Yin et al., Cell Stem Cell, 2021），研究人员绘制出小鼠MZT过程中的RNA m6A动态图谱，发现m6A修饰可以从母源继承也可以在ZGA时期大量发生重写。用哈佛大学张毅团队发表的同时期翻译组数据（Zhang et al., Sci Adv, 2022）分析后表明，一群母源继承且持续存在的m6A+转录本具有明显的翻译信号富集。
随着近年来单细胞技术的蓬勃发展，对单个或低投入量的小鼠胚胎样品进行基因组、转录组、翻译组等研究已不再困难。然而，蛋白质组层面相关技术的发展仍相对有限。近期，欧洲杯竞猜平台单细胞组学与疾病研究中心李辰研究组开发了一整套超敏蛋白质组技术综合解决方案（CS-UPT）（Gu et al., bioRxiv, 2023），能够从高灵敏度或高通量的层面对单个至数十个小鼠胚胎进行深度蛋白质组鉴定。在本项工作中，研究人员将CS-UPT应用在20个卵母细胞或胚胎上，可靠地鉴定到5328种蛋白质。这一鉴定深度与此前的深度小鼠胚胎蛋白质组数据相当（Gao et al. Cell Reports, 2017），同时将起始胚胎数目降低了400倍。从规模化蛋白质组层面，研究人员发现这些m6A+转录本的确出现蛋白质丰度的增加，提示这些转录本上的m6A修饰有可能通过维持RNA的稳定性来调控MZT。
接下来，研究人员利用可用于胚胎基因沉默的CRISPR/Cas13d技术（Kushawah et al., Dev Cell, 2020），在小鼠受精卵中对多个m6A调控因子进行了筛选，发现敲低Ythdc1和Ythdf2会显著影响小鼠着床前胚胎发育。通过转录组测序以及RIP-qPCR等实验，研究人员证实Ythdc1可以结合一些母源携带m6A的转录本，并参与其RNA稳定性调控。
图1.一群母源继承且持续存在的m6A+转录本具有明显的翻译信号富集和蛋白质丰度增加
该研究揭示了小鼠MZT过程中的m6A修饰动态，鉴定了参与着床前胚胎发育的一些m6A调控分子，初步阐明了Ythdc1可能参与母源继承m6A+转录本的稳定性调控，体现了多组学分析在胚胎发育研究中的重要性。
中科院脑智卓越中心刘真研究员，孙怡迪研究员，欧洲杯竞猜平台公共卫生学院单细胞组学与疾病研究中心蛋白质组与代谢组学平台主任李辰研究员为该论文的通讯作者，中科院脑智卓越中心朱文成博士、丁宇峰博士，研究生孟娟、刘文俊，以及欧洲杯竞猜平台公共卫生学院单细胞组学与疾病研究中心研究助理顾蕾为该论文共同第一作者。该研究得到科技部、中科院、上海市和博士后基金委的资助。
原文链接：
https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-023-02918-9
