楊運桂/張強鋒/劉峰團隊合作揭示早期胚胎發育中RNA二級結構動態性及其調控母源mRNA穩定性的機制

  動物早期胚胎發育由存儲在卵子中的母源因子(母源mRNA及母源蛋白)主導調控,在母源-合子轉換(maternal-to-zygotic transition, MZT)期間,母源mRNA發生有序的降解,合子基因表達開始激活,逐步完成從母源主導到合子基因主導的過渡 (1, 2)。楊運桂/劉峰/麻錦彪研究組的早期合作研究揭示RNA m5C修飾通過其結合蛋白Ybx1招募Pabpc1a來維持一部分重要母源mRNA的穩定性,從而保證母源-合子轉換正常進行 (3)。然而,早期胚胎發育中母源-合子轉換的調控機制依然存在著很多未知。

  近日,中國科學院北京基因組研究所楊運桂研究組、清華大學張強鋒研究組和中國科學院動物研究所劉峰研究組合作在Genome Biology雜志上發表了題為“RNA structural dynamics regulate early embryogenesis through controlling transcriptome fate and function”的研究論文。

  研究團隊通過小分子修飾結合深度測序的icSHAPE (in vivo click selective 2’-hydroxyl acylation and profiling experiment) (4) 技術首次繪制了斑馬魚早期胚胎發育中4堿基分辨率的RNA二級結構圖譜,發現RNA結構在0 h.p.f.(fertilized egg) 至6 h.p.f.(shield stage) 之間呈現高度動態性。進一步的分析發現RNA結構動態區域富集了包含Elavl1a在內的大量母源-合子轉換調控元件,提示RNA結構的動態變化在母源-合子轉換過程中可能發揮一定作用。

  研究繼續通過多組學分析發現RNA結合蛋白Elavl1a可能以一種RNA結構依賴性的機制進行母源mRNA穩定性的調控。Elavl1a iCLIP數據和icSHAPE數據聯合分析顯示Elavl1a傾向于結合單鏈RNA,體內/體外RNA pulldown、凝膠阻滯實驗(EMSA)也顯示Elavl1a傾向于結合單鏈RNA。利用含有Elavl1a motif的不同結構探針的報告基因實驗證明Elavl1a可通過結構依賴性的方式調控RNA穩定性。此外,基因功能實驗顯示Elavl1a缺失會導致斑馬魚胚胎發育缺陷,表明Elavl1a對早期發育具有重要作用。胚胎發育初期,Elavl1a結合并促進一些重要母源mRNA的穩定性,讓這些母源因子能充分發揮作用;隨著發育的進行,Elavl1a結合位點區域中RNA雙鏈結構逐漸形成并抑制Elavl1a的結合,從而有利于這些母源mRNA的降解。

圖1. RNA二級結構通過Elavl1a調控mRNA穩定性示意圖

  綜上所述,該工作首次繪制了斑馬魚早期胚胎發育中4堿基分辨率的RNA二級結構圖譜,并發現RNA二級結構動態性通過改變Elavl1a對mRNA的結合能力,進而調控母源mRNA穩定性,最終影響斑馬魚母源-合子轉換及早期胚胎發育。此外,該工作在RNA m5C修飾研究的基礎上進一步表明RNA轉錄后調控在胚胎發育中具有重要作用。

  文章鏈接: https://doi.org/10.1186/s13059-020-02022-2

  參考文獻:

  1.Tadros W & Lipshitz HD (2009) The maternal-to-zygotic transition: a play in two acts. Development 136(18):3033-3042.

  2.Lee MT, Bonneau AR, & Giraldez AJ (2014) Zygotic genome activation during the maternal-to-zygotic transition. Annu Rev Cell Dev Biol 30:581-613.

  3.Yang Y, et al. (2019) RNA 5-Methylcytosine Facilitates the Maternal-to-Zygotic Transition by Preventing Maternal mRNA Decay. Mol Cell.

  4.Spitale RC, et al. (2015) Structural imprints in vivo decode RNA regulatory mechanisms. Nature 519(7544):486-490.

關于我們
聯系我們
地  址:北京市朝陽區北辰西路1號院5號
郵  編:100101
電子郵件:ioz@ioz.ac.cn
電  話:+86-10-64807098
傳  真:+86-10-64807099
友情鏈接
彩88-下载