我們的生命開始于受精卵的形成。在這生命中的第一個細胞中，攜帶著父親和母親的各一套基因。這些重要的遺傳信息并不會立即產(chǎn)生影響，而是在受精卵分裂了幾次之后才開始表達。這一過程叫做“合子基因組激活”（zygotic genome activation, ZGA）。然而，究竟是什么機制觸發(fā)了哺乳動物胚胎中的這一過程，到目前為止還是未解之謎。

▲胚胎發(fā)育中的ZGA（圖片來源：《Nature Reviews Genetics》）

最近，洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，DUX蛋白家族的成員負責(zé)啟動了新生胚胎的基因表達。他們的成果發(fā)表在《自然》子刊《Nature Genetics》上，是發(fā)育生物學(xué)領(lǐng)域一個里程碑式的成果。

這一重要的發(fā)現(xiàn)源于對一種遺傳病——面肩胛肱型肌營養(yǎng)不良癥（facioscapulohumeral muscular dystrophy, FSHD）的分析。在患者的肌細胞中，基因突變導(dǎo)致了DUX4蛋白的異常表達，而后者通常只有在人類胚胎發(fā)育的最早階段才會被檢測到。研究者發(fā)現(xiàn)，DUX4會在肌細胞中激活在ZGA期間才會表達的一整套基因。這是第一次提示了DUX4可能是這一重要的生命初始階段中的關(guān)鍵調(diào)控者。

▲導(dǎo)致FSHD的DUX4變異（圖片來源：Muscular Dystrophy Australia）

為了證實這一點，研究人員分析了公開的數(shù)據(jù)庫，以確定在胚胎發(fā)育的最初幾日，人類基因組中究竟有哪些成分被表達。他們發(fā)現(xiàn)，DUX4是在這個階段最先表達的基因之一，在ZGA之前就出現(xiàn)了高水平的蛋白表達。作為一類轉(zhuǎn)錄因子，DUX4蛋白會與ZGA期間誘導(dǎo)表達的基因的啟動子區(qū)域結(jié)合，以激活上述基因的表達。

接下來，他們研究了小鼠胚胎干細胞，其中含有小鼠版本的DUX4基因。在實驗室培養(yǎng)過程中，這些細胞中的總會有一小部分表現(xiàn)為二細胞期胚胎時期的基因表達模式，然后又回到更晚期的胚胎細胞表達特征。然而，當DUX基因被敲除后，這一現(xiàn)象就停止了，二細胞階段樣的表型被遏制。更重要的是，當科學(xué)家們使用CRISPR / Cas9技術(shù)從小鼠受精卵中敲除DUX基因后，ZGA的過程被完全阻止，并使得受精卵在經(jīng)歷最初幾輪分裂后的就停止了生長。

這一研究顯示，DUX蛋白家族在人類、小鼠乃至所有胎盤哺乳動物中，是胚胎發(fā)育最初階段啟動基因組表達的主要調(diào)節(jié)因子。

“一個長久以來的謎團終于被解決了，”文章通訊作者Didier Trono教授說：“這項研究揭示了，是什么樣的觸發(fā)機制使我們得以最終成為今天的自己。這也可幫助我們了解某些不孕癥的發(fā)生機理，或許還能指導(dǎo)開發(fā)DUX相關(guān)肌營養(yǎng)不良癥的新療法。”

令Didier Trono教授的團隊現(xiàn)在感到好奇的是，在我們生命開始的頭幾個小時內(nèi)，是怎樣的機制啟動了這一短暫但至關(guān)重要的蛋白合成。

原標題：Nature子刊：這個胚胎蛋白開啟了我們的生命旅程