我們的生命開始于受精卵的形成。在這生命中的第一個(gè)細(xì)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(huì)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(dá)。這一過(guò)程叫做“合子基因組激活”（zygotic genome activation, ZGA）。然而，究竟是什么機(jī)制觸發(fā)了哺乳動(dòng)物胚胎中的這一過(guò)程，到目前為止還是未解之謎。

▲胚胎發(fā)育中的ZGA（圖片來(lái)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(fù)責(zé)啟動(dòng)了新生胚胎的基因表達(dá)。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(gè)里程碑式的成果。

這一重要的發(fā)現(xiàn)源于對(duì)一種遺傳病——面肩胛肱型肌營(yíng)養(yǎng)不良癥（facioscapulohumeral muscular dystrophy, FSHD）的分析。在患者的肌細(xì)胞中，基因突變導(dǎo)致了DUX4蛋白的異常表達(dá)，而后者通常只有在人類胚胎發(fā)育的最早階段才會(huì)被檢測(cè)到。研究者發(fā)現(xiàn)，DUX4會(huì)在肌細(xì)胞中激活在ZGA期間才會(huì)表達(dá)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(lái)源：Muscular Dystrophy Australia）

為了證實(shí)這一點(diǎn)，研究人員分析了公開的數(shù)據(jù)庫(kù)，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(dá)。他們發(fā)現(xiàn)，DUX4是在這個(gè)階段最先表達(dá)的基因之一，在ZGA之前就出現(xiàn)了高水平的蛋白表達(dá)。作為一類轉(zhuǎn)錄因子，DUX4蛋白會(huì)與ZGA期間誘導(dǎo)表達(dá)的基因的啟動(dòng)子區(qū)域結(jié)合，以激活上述基因的表達(dá)。

接下來(lái)，他們研究了小鼠胚胎干細(xì)胞，其中含有小鼠版本的DUX4基因。在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)過(guò)程中，這些細(xì)胞中的總會(huì)有一小部分表現(xiàn)為二細(xì)胞期胚胎時(shí)期的基因表達(dá)模式，然后又回到更晚期的胚胎細(xì)胞表達(dá)特征。然而，當(dāng)DUX基因被敲除后，這一現(xiàn)象就停止了，二細(xì)胞階段樣的表型被遏制。更重要的是，當(dāng)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(guò)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(zhǎng)。

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(dòng)物中，是胚胎發(fā)育最初階段啟動(dòng)基因組表達(dá)的主要調(diào)節(jié)因子。

“一個(gè)長(zhǎng)久以來(lái)的謎團(tuán)終于被解決了，”文章通訊作者Didier Trono教授說(shuō)：“這項(xiàng)研究揭示了，是什么樣的觸發(fā)機(jī)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(jī)理，或許還能指導(dǎo)開發(fā)DUX相關(guān)肌營(yíng)養(yǎng)不良癥的新療法。”

令Didier Trono教授的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在感到好奇的是，在我們生命開始的頭幾個(gè)小時(shí)內(nèi)，是怎樣的機(jī)制啟動(dòng)了這一短暫但至關(guān)重要的蛋白合成。

原標(biāo)題：Nature子刊：這個(gè)胚胎蛋白開啟了我們的生命旅程