上海生科院系統解析小鼠早期胚胎中小RNA的動態變化及其生物學功能
2020-12-01 中國科學院上海生科院系統解析小鼠早期胚胎中小RNA的動態變化及其生物學功能
2016-06-14 上海生命科學研究院
語音播報
6月10日，Science Advances 在線發表了中國科學院上海生命科學研究院生物化學與細胞生物學研究所國家蛋白質科學中心（上海）吳立剛研究組與上海市計劃生育研究所施惠娟研究組合作的最新研究成果「Highly sensitive sequencing reveals dynamic modifications and activities of small RNAs in mouse oocytes and early embryos」，該研究優化建立了適用於微量樣本的小RNA深度測序（deep sequencing）文庫構建方法，並系統解析了小鼠早期胚胎發育過程中小RNA的動態變化及其生物學功能。
目前小RNA深度測序的文庫構建通常要幾百納克（ng）總RNA，研究配子和胚胎等難以大量獲取的生物學樣品中的小RNA表達譜較為困難。該研究通過優化基於連接反應的小RNA文庫構建方法，使得總RNA用量降低了幾十倍，僅需要10納克總RNA即可在Illumina測序儀上實現對小RNA的深度測序，為研究配子、胚胎和各種幹細胞中的小RNA提供了重要技術支撐。該研究利用優化的方法系統解析了小鼠卵子到受精後8細胞胚胎發育過程中的小RNA動態變化，發現小鼠卵子和早期胚胎主要包含三類小RNA：endo-siRNA、piRNA和miRNA。受精卵中的這三類小RNA絕大多數來源於卵子，由精子帶入卵子的小RNA不足幾百分之一。隨著胚胎的發育，母源endo-siRNA和piRNA逐漸被緩慢降解。而母源miRNA的降解較快，主要發生在胚胎2細胞期前後，其中有近20%的miRNA 3』末端被加上了一個或四個腺苷酸（A），其降解速率與未被腺苷酸化的miRNA相比明顯減緩，推測可能3』末端腺苷酸化發揮了保護作用，使某些miRNA免於在母型至合子型轉化中被快速清除。合子中新表達的miRNA最早出現在受精卵第一次分裂前，並隨著胚胎的發育持續被激活表達，特別是進化保守的miRNA的表達量迅速上升。研究人員進一步結合小鼠早期胚胎發育的轉錄組數據進行分析，發現miRNA在卵子到胚胎2細胞期中幾乎沒有降解靶基因mRNA的功能，而在4-8細胞期中miRNA降解靶基因mRNA的功能開始逐步恢復，並對合子激活表達的基因有明顯的靶向抑制作用。以上研究不僅揭示了小鼠早期胚胎發育中miRNA的表達和降解規律，還發現了miRNA對靶基因的調控活性隨著胚胎發育而被動態調控的現象，對於理解miRNA在早期胚胎發育中的功能和機制具有重要意義。
楊其元、林濟民、劉淼為該論文共同第一作者，李逸平課題組的李榮紅對深度測序數據分析做出了重要貢獻，吳立剛、施惠娟為共同通訊作者。該工作的數據收集工作得到生化與細胞所公共技術服務中心分子生物學技術平臺的技術支持，經費上得到了國家科技部、國家基金委和上海市科委的支持。
文章連結
小鼠卵細胞和早期胚胎中微量小RNA深度測序方法原理及其測序結果。(A)微量小RNA深度測序cDNA文庫構建流程圖。(B)小鼠卵細胞以及早期胚胎發育各個時期的樣本。(C)不同樣本中小RNA的組成及長度分布圖。小鼠CD4+ T細胞(CD4)是體細胞對照。
6月10日，Science Advances 在線發表了中國科學院上海生命科學研究院生物化學與細胞生物學研究所國家蛋白質科學中心（上海）吳立剛研究組與上海市計劃生育研究所施惠娟研究組合作的最新研究成果「Highly sensitive sequencing reveals dynamic modifications and activities of small RNAs in mouse oocytes and early embryos」，該研究優化建立了適用於微量樣本的小RNA深度測序（deep sequencing）文庫構建方法，並系統解析了小鼠早期胚胎發育過程中小RNA的動態變化及其生物學功能。
目前小RNA深度測序的文庫構建通常要幾百納克（ng）總RNA，研究配子和胚胎等難以大量獲取的生物學樣品中的小RNA表達譜較為困難。該研究通過優化基於連接反應的小RNA文庫構建方法，使得總RNA用量降低了幾十倍，僅需要10納克總RNA即可在Illumina測序儀上實現對小RNA的深度測序，為研究配子、胚胎和各種幹細胞中的小RNA提供了重要技術支撐。該研究利用優化的方法系統解析了小鼠卵子到受精後8細胞胚胎發育過程中的小RNA動態變化，發現小鼠卵子和早期胚胎主要包含三類小RNA：endo-siRNA、piRNA和miRNA。受精卵中的這三類小RNA絕大多數來源於卵子，由精子帶入卵子的小RNA不足幾百分之一。隨著胚胎的發育，母源endo-siRNA和piRNA逐漸被緩慢降解。而母源miRNA的降解較快，主要發生在胚胎2細胞期前後，其中有近20%的miRNA 3』末端被加上了一個或四個腺苷酸（A），其降解速率與未被腺苷酸化的miRNA相比明顯減緩，推測可能3』末端腺苷酸化發揮了保護作用，使某些miRNA免於在母型至合子型轉化中被快速清除。合子中新表達的miRNA最早出現在受精卵第一次分裂前，並隨著胚胎的發育持續被激活表達，特別是進化保守的miRNA的表達量迅速上升。研究人員進一步結合小鼠早期胚胎發育的轉錄組數據進行分析，發現miRNA在卵子到胚胎2細胞期中幾乎沒有降解靶基因mRNA的功能，而在4-8細胞期中miRNA降解靶基因mRNA的功能開始逐步恢復，並對合子激活表達的基因有明顯的靶向抑制作用。以上研究不僅揭示了小鼠早期胚胎發育中miRNA的表達和降解規律，還發現了miRNA對靶基因的調控活性隨著胚胎發育而被動態調控的現象，對於理解miRNA在早期胚胎發育中的功能和機制具有重要意義。
楊其元、林濟民、劉淼為該論文共同第一作者，李逸平課題組的李榮紅對深度測序數據分析做出了重要貢獻，吳立剛、施惠娟為共同通訊作者。該工作的數據收集工作得到生化與細胞所公共技術服務中心分子生物學技術平臺的技術支持，經費上得到了國家科技部、國家基金委和上海市科委的支持。
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小鼠卵細胞和早期胚胎中微量小RNA深度測序方法原理及其測序結果。(A)微量小RNA深度測序cDNA文庫構建流程圖。(B)小鼠卵細胞以及早期胚胎發育各個時期的樣本。(C)不同樣本中小RNA的組成及長度分布圖。小鼠CD4+ T細胞(CD4)是體細胞對照。
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研究揭示小鼠早期胚胎發育過程中全胚層時空分子譜系
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科學家解析小鼠著床前胚胎5-醛基胞嘧啶譜圖
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近些年，通過單細胞測序國際上的眾多研究工作對原腸運動期間細胞的發育軌跡作了一些描繪，但這些工作都缺乏真實的時間與空間信息，無法揭示細胞在早期胚胎中的空間位置以及時間變化對細胞發育分化命運的影響。., 2017)，對小鼠早期胚胎發育多個時期（E5.5、E6.0、E6.5、E7.0和E7.5）的外、中、內三個胚層構建空間轉錄組，建立起百科全書式全基因組的時空表達資料庫（http://egastrulation.sibcb.ac.cn/）。此資料庫實現了小鼠早期胚胎所有表達基因高解析度的數位化原位雜交圖譜，是目前國際上關於小鼠著床後早期胚胎最全面、最完整的交互性時空轉錄組資料庫。 -
解鎖人類早期胚胎發育之謎
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國內兩支尖端科研團隊近來攜手攻關，共同揭示了人類早期胚胎中的染色質三維結構的動態變化，有助於更深一步了解生命發育過程。相關科研成果已通過長文形式發表在新近出版的《自然》雜誌上。這兩支科研團隊分別由中國科學院院士、山東大學生殖醫學陳子江教授和中國科學院北京基因組研究所劉江教授領銜。 -
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【中國科學報】解鎖人類早期胚胎發育之謎
該研究首次揭示了人類早期胚胎中的染色體三維結構的動態變化，並發現CTCF蛋白對於早期胚胎發育中拓撲相關結構域（TAD結構）有著重要的調控功能，為進一步揭示人類胚胎發育機制提供了理論基礎。染色體三維結構的動態變化影響著細胞功能的發揮、疾病的發生等。 然而，人類精子和卵子受精後，胚胎中染色體的結構如何變化、這些變化又受哪些生物學分子的影響等，一直以來是胚胎發育科學中的未解之謎。 此外，由於精子在形態和功能上與其他終末分化的細胞截然不同，染色體在人類精子中如何壓縮摺疊也尚不清楚。 -
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人類早期胚胎發育組蛋白修飾重編程規律
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