DDX6

引言 我们生命的起点，始于精子与卵子结合形成受精卵（zygote），随后在短短几天内经历一系列精密调控的分裂与分化，最终发展成具有多种细胞类型的囊胚（blastocyst），为胚胎成功植入子宫做好准备。然而，即便在最理想的生殖条件下，仍有大量受精卵无法完成这一过程，导致胚胎发育失败甚至不孕症的发生。这一问题不仅困扰着全球数百万试管婴儿（IVF）患者，同时也是生殖医学和胚胎学领域的重大科学难题。是什么因素决定了胚胎的命运？如何精准预测哪些胚胎能够顺利发育，而哪些胚胎可能会停滞或失败？ 近年来，随着单细胞蛋白质组学（single-cell proteomics, SCP）技术的快速发展，研究人员得以以前所未有的分辨率探索胚胎发育过程中的蛋白动态变化。1月23日Cell的研究报道“Comparative proteomic landscapes elucidate human preimplantation development and failure”，运用超灵敏蛋白质组学（ultrasensitive proteomics）技术，对人类卵母细胞及早期胚胎的蛋白质谱进行了系统解析，检测到了近8000种蛋白，并揭示了这些蛋白在不同发育阶段的变化模式。研究还结合转录组（transcriptomics）和翻译组（translatomics）数据，发现蛋白合成的调控远比传统认为的更加复杂，尤其是在合子基因组激活（Zygotic Genome Activation, ZGA）前后的蛋白积累模式存在显著的物种差异。 此外，研究团队对超过100对患者夫妇的低质量胚胎（poor-quality embryos, PQ） 进行了单胚胎蛋白质组分析（single-embryo proteomics, SEP），成功识别出与发育失败相关的关键蛋白。这一突破性的研究不仅为生殖医学提供了新的诊断指标，还可能为未来的个性化胚胎筛选技术提供科学依据。随着蛋白质组学的深入应用，我们正在逐步揭示胚胎生命起源的神秘密码，为提高辅助生殖技术的成功率、解决不孕不育问题以及理解人类发育疾病带来前所未有的希望。 从受精到植入——人类生命的第一步 生命的旅程始于精子与卵子的结合，这一过程不仅仅是单纯的物理融合，而是一场复杂而精密的分子级调控。从受精到囊胚形成，胚胎经历多个关键的细胞分裂和分化阶段，而其中的每一步都可能决定它最终能否成功植入子宫，发育成为健康的胎儿。 人类胚胎发育的早期阶段包括受精卵（zygote）、2细胞期、4细胞期、8细胞期、桑葚胚（morula）和囊胚（blastocyst）。在这些过程中，最重要的生物学事件之一是合子基因组激活（Zygotic Genome Activation, ZGA），即胚胎从依赖母体提供的RNA和蛋白质，转变为自身启动基因表达的关键时刻。研究发现，人类胚胎的ZGA发生在8细胞期，而小鼠胚胎的ZGA则在2细胞期，这一物种差异可能影响胚胎的发育调控机制。该研究检测了超过8000种蛋白，描绘出胚胎在各个阶段的蛋白质组变化，为揭示ZGA及其对后续发育的影响提供了新的视角。 此外，蛋白质不仅仅是胚胎发育的“建筑材料”，更是执行各种生物功能的分子机器。例如，该研究发现，在囊胚阶段显著富集的CDX2蛋白，正是决定滋养层（trophectoderm, TE）命运的关键转录因子（transcription factor），而滋养层将最终发育成胎盘。这一发现表明，蛋白质的表达并非简单地随着基因转录而即时变化，而是受到更复杂的翻译调控和稳定性影响。 胚胎发育失败的困境：不孕症与试管婴儿挑战 尽管人类胚胎的发育过程经过了数百万年的进化优化，但其成功率却远低于人们的直觉。在自然受孕过程中，仅有30%-50%的受精卵能够成功发育至囊胚阶段，并最终植入子宫。而对于接受试管婴儿（In Vitro Fertilization, IVF）的夫妇来说，这一比例甚至更低。研究显示，在IVF过程中，大约12%-15%的胚胎会因“低质量”（poor-quality, PQ）而被淘汰，而这些低质量胚胎往往表现出碎片化、细胞不对称、发育迟缓等特征。 导致胚胎发育失败的因素复杂多样，既包括遗传突变，也涉及蛋白质稳态（proteostasis）的异常。该研究通过单胚胎蛋白质组学（single-embryo proteomics, SEP）分析了超过100对患者夫妇的低质量胚胎，发现了一组可能导致胚胎发育失败的关键蛋白。TPRX1蛋白在低质量胚胎中的表达明显受损，这可能意味着ZGA未能正常启动，导致胚胎无法进行后续的细胞分化。另一方面，KIFC1（动力蛋白家族成员）在部分低质量胚胎中表达显著下降，而该蛋白在其他哺乳动物的卵母细胞中已被证实与纺锤体稳定性相关，其缺失可能影响染色体分离，从而增加胚胎异常的风险。 现代蛋白质组学如何揭示胚胎发育的奥秘？ 在过去，胚胎研究主要依赖基因组测序（genomics）和转录组学（transcriptomics）技术来解析其发育过程，但这些方法存在一个根本问题——它们只能告诉我们基因是否被转录，无法揭示蛋白质是否真正执行了功能。近年来，单细胞蛋白质组学（single-cell proteomics, SCP）的崛起为研究胚胎发育提供了新的视角。 该研究采用超灵敏蛋白质组学（ultrasensitive proteomics, CS-UPT2），成功解析了人类卵母细胞及早期胚胎的蛋白质组。研究发现，许多蛋白的翻译并不是线性同步于mRNA的表达，例如某些ZGA基因在mRNA水平上的表达高峰出现在8细胞期，但其对应的蛋白却在囊胚阶段才大量积累。这一发现颠覆了传统认为的“mRNA即蛋白”假设，表明蛋白的翻译和降解受到精细调控，可能决定了胚胎细胞命运。 此外，通过对低质量胚胎的蛋白质组学分析，研究团队发现了一组在低质量胚胎中特异性上调的蛋白，例如NCOA3（核受体共激活因子3），该蛋白在所有低质量胚胎中均显著上调，而其在正常胚胎中的表达水平则较低。这一现象提示，NCOA3可能是低质量胚胎的潜在生物标志物，未来或可用于IVF中的胚胎筛选。 人和小鼠植入前胚胎发育的蛋白质组学景观（Credit: Cell） (A) 人和小鼠卵母细胞及胚胎各阶段的实验设计 该部分展示了用于质谱分析（MS）的卵母细胞和胚胎样本，并将人类和小鼠在相应发育阶段的对照关系进行了匹配。例如：卵母细胞（Oocytes），受精卵（Zygote），早期卵裂期（2细胞、4细胞、8细胞），桑葚胚（Morula），囊胚（Blastocyst）。 尽管人类和小鼠的胚胎发育速度和基因组激活（ZGA）时机存在差异，但此图明确展示了两者在形态和分子事件上的对应关系。 (B) 人与小鼠胚胎不同阶段鉴定到的蛋白数量 该部分统计了蛋白组（Proteome Groups, PGs）的数量，反映了不同发育阶段的蛋白质表达情况：在卵母细胞和早期胚胎阶段，蛋白种类相对较少，主要依赖母源蛋白支持发育。囊胚阶段蛋白种类显著增加，表明随着基因组激活（ZGA）的发生，胚胎自主蛋白合成能力增强。同时，比较了人类和小鼠在不同阶段的蛋白数量，揭示了物种间的相似性与差异。 (C) 人和小鼠胚胎蛋白质组数据的主成分分析（PCA） PCA（主成分分析）用于可视化不同发育阶段样本的蛋白质组数据分布：同一物种的不同胚胎阶段形成清晰的轨迹，表明蛋白质表达随着发育阶段的推进呈现特定模式。人类和小鼠的蛋白质表达模式存在一定重叠，但仍保持物种特异性，这可能与不同的发育机制和调控策略相关。 (D) 人和小鼠胚胎蛋白的同源性分析（Venn 图） Venn 图展示了人类和小鼠在胚胎发育过程中表达的蛋白之间的重叠情况：部分蛋白在两种生物中高度保守，表明这些蛋白在胚胎发育过程中起到核心作用。也有许多蛋白是物种特异性的，这可能解释了人类和小鼠在胚胎发育机制上的差异，例如基因组激活（ZGA）发生的时机不同。 (E) 主要亚细胞定位蛋白的分布（甜甜圈图） 此部分展示了在不同发育阶段和不同物种中，蛋白的亚细胞定位分布：前十大亚细胞结构（如细胞核、细胞质、线粒体等）在各阶段蛋白表达中的比例。蛋白分布的动态变化反映了发育过程中细胞功能的调整，例如囊胚阶段线粒体相关蛋白的增加，提示能量需求的提升。 (F) 同源转录因子（TFs）在发育过程中的动态变化（热图） 该部分分析了人和小鼠胚胎发育过程中转录因子（TFs）的蛋白表达模式：关键转录因子在不同阶段的表达变化，如调控合子基因组激活（ZGA）、细胞分化和滋养层发育的转录因子。不同物种间的转录因子表达模式比较，揭示了人类和小鼠在基因调控上的异同点。 (G) 关键蛋白的动态变化 该部分展示了几个在胚胎发育过程中重要的蛋白的表达趋势：蛋白表达水平的动态变化趋势（包括均值±标准差，SD），说明某些蛋白在特定阶段显著上调或下调。不同发育阶段的关键蛋白可能与细胞周期调控、基因组激活、能量代谢等核心生物学事件相关。 从卵母细胞到囊胚：8000种蛋白的动态变化 我们生命的起点从单个受精卵开始，这一小小的细胞在短短几天内经历快速分裂和复杂的分子调控，最终形成囊胚（blastocyst）。在此过程中，蛋白质不仅是构成细胞结构的基本单位，更是调控细胞分裂、基因表达、能量代谢和信号传导的核心分子。 为了深入解析人类胚胎发育的分子机制，该研究利用超灵敏蛋白质组学（ultrasensitive proteomics）技术，在单胚胎水平上检测了近8000种蛋白，并详细刻画了从卵母细胞（oocyte）到囊胚的蛋白质组变化轨迹。研究发现，不同阶段的胚胎在蛋白表达上呈现出高度的动态性，其中一些蛋白的激活或抑制与胚胎的发育成败密切相关。 从整体数据来看，研究团队将早期胚胎的蛋白表达模式分为三类： 母源储备蛋白（Maternal stock proteins）：这些蛋白由卵母细胞合成并储存，在受精后支持胚胎的最初发育。例如，YBX1（mRNA稳定蛋白）在受精卵阶段高表达，但随着发育推进逐渐降解，以便为新合成的胚胎蛋白腾出空间。 逐步增加的胚胎特异性蛋白（Gradually increasing embryonic proteins）：如NPM2（核仁蛋白2），其在合子基因组激活（ZGA）前处于低表达状态，但在8细胞期后逐步积累，提示其在调控ZGA过程中可能具有关键作用。 快速上调的囊胚期蛋白（Blastocyst-stage rapid upregulated proteins）：如CDX2（滋养层分化关键转录因子），其在囊胚阶段显著增加，决定了滋养层（trophectoderm）细胞的命运，并最终促进胎盘的发育。 通过这一蛋白质组全景图，研究人员不仅识别了胚胎发育各阶段的关键蛋白，还发现了一些可能影响胚胎存活率的新分子靶标，为生殖医学领域的精准筛选提供了科学依据。 关键蛋白的动态变化：哪些蛋白决定了胚胎的存活与发育？ 胚胎发育是一个由蛋白质精确调控的复杂过程，而不同阶段的关键蛋白则决定了胚胎能否成功发育至囊胚阶段。该研究的蛋白质组分析揭示了几个对胚胎存活至关重要的蛋白： DDX6（RNA解旋酶）——调控母源mRNA降解，确保ZGA顺利启动 研究发现，DDX6在受精卵中表达较高，并在ZGA前迅速下降。这一现象表明，该蛋白可能通过调控母源mRNA的降解，确保胚胎能在合适的时间点开始自主基因表达。低质量胚胎（PQ embryos）中DDX6的降解延迟，可能导致母源mRNA过度积累，从而干扰胚胎的正常发育。 KIFC1（染色体分离动力蛋白）——维持有丝分裂稳定性，防止染色体异常 KIFC1在8细胞期开始上调，并在囊胚阶段保持高水平表达。该蛋白对于纺锤体的稳定性至关重要，确保染色体正确分配。低质量胚胎中，KIFC1表达不足，导致染色体错误分离，从而增加发育异常的风险。 NCOA3（核受体共激活因子3）——过度表达可能与胚胎质量下降有关 研究发现，在低质量胚胎中，NCOA3的表达水平显著高于正常胚胎。尽管其具体功能仍需进一步研究，但已有证据表明，该蛋白可能与细胞信号失衡和代谢紊乱有关，成为潜在的负向生物标志物。 这些关键蛋白的表达变化，为研究胚胎存活率和质量提供了新的分子线索，未来或可用于胚胎筛选和质量评估。 蛋白翻译与积累的时间差异：合子基因组激活（ZGA）的调控模式 ZGA是胚胎发育过程中最重要的转折点之一，它标志着胚胎从依赖母源RNA转变为自身基因表达的阶段。该研究通过结合转录组（mRNA表达）和蛋白质组（蛋白表达）数据，发现ZGA相关基因的mRNA和蛋白表达之间存在明显的时间差异，这对传统的基因表达理论提出了挑战。 某些mRNA早早合成，但蛋白滞后表达 例如，TUBA1B（α-微管蛋白）的mRNA在8细胞期大量合成，但其蛋白水平却直到囊胚阶段才开始显著上升。这表明胚胎并非立即翻译所有新合成的mRNA，而是通过翻译调控和蛋白降解机制，确保在正确的时间点合成关键蛋白。 某些蛋白快速积累，而mRNA表达相对较低 例如，HSP90（热休克蛋白）在囊胚期蛋白水平显著提高，但其mRNA在ZGA阶段并没有明显增加。这说明某些蛋白的稳定性较高，即便mRNA水平较低，蛋白仍然可以累积并维持功能。 低质量胚胎中的ZGA异常 研究发现，在低质量胚胎中，多个ZGA相关蛋白的翻译效率受损。例如，PRDX1（过氧化物还原酶1）的mRNA在正常胚胎和低质量胚胎中表达相似，但其蛋白水平在低质量胚胎中显著降低。这一现象提示，ZGA阶段的蛋白翻译障碍可能是导致胚胎发育失败的重要因素。 这些发现挑战了传统“mRNA即蛋白”的观念，表明胚胎发育不仅依赖基因转录，还受蛋白翻译和降解的精细调控。 为什么有些受精卵无法发育成健康胚胎？ 受精卵的形成标志着新生命的开始，但并非所有受精卵都能成功发育成健康的胚胎。事实上，在自然受孕和试管婴儿（IVF）过程中，胚胎的发育失败率远高于人们的想象。导致胚胎发育受阻的原因多种多样，包括基因突变、染色体异常、能量代谢失衡、蛋白质稳态破坏等。该研究通过单胚胎蛋白质组学（single-embryo proteomics, SEP）分析了超过100对患者夫妇的低质量胚胎（poor-quality embryos, PQ），揭示了与胚胎发育失败相关的关键蛋白，为探索胚胎质量下降的机制提供了新的视角。 胚胎发育失败的原因：基因突变 vs. 代谢异常 影响胚胎发育的核心因素可大致分为两类：基因层面的异常（遗传因素）和生理代谢层面的异常（环境因素）。 1. 基因突变与染色体异常 研究表明，大约50%-70%早期流产的胚胎存在染色体异常，其中包括三体（Trisomy）、单体（Monosomy）和嵌合体（Mosaicism）等问题。 在该研究的低质量胚胎蛋白质组数据中，研究人员发现，与染色体分离相关的KIFC1（染色体分裂动力蛋白）在部分低质量胚胎中表达异常，可能导致染色体错误分配，最终影响胚胎的生长潜力。 TPRX1（一种调控ZGA启动的蛋白）在部分低质量胚胎中未能有效表达，这可能阻碍了胚胎自主基因表达的开启，使其停滞在早期阶段。 2. 代谢异常对胚胎质量的影响 受精卵发育的核心能量来源是线粒体（mitochondria）。研究发现，在低质量胚胎中，ATP合成相关蛋白（如ATP5A1、NDUFA9）的表达显著降低，提示这些胚胎可能因能量供应不足而无法正常生长。 氧化应激（oxidative stress）也是胚胎发育失败的重要因素。该研究发现，过氧化物还原酶1（PRDX1）在低质量胚胎中的表达水平较低，而该蛋白正是细胞抵抗氧化应激的关键因子。这可能导致低质量胚胎更容易受到环境损伤，增加发育停滞的可能性。 总体来看，低质量胚胎的失败并非单一因素所致，而是基因调控异常、细胞能量代谢紊乱和胚胎内环境失衡的共同结果。 低质量胚胎（PQ embryos）的蛋白质组学特征 为了深入理解胚胎发育失败的机制，研究团队对正常囊胚和低质量胚胎的蛋白质表达模式进行了系统性比较，并发现了多个显著差异表达的蛋白。其中，部分蛋白可能是低质量胚胎的特征性分子标志物。 1. 低质量胚胎中异常上调的蛋白 NCOA3（核受体共激活因子3）：该蛋白在低质量胚胎中高表达，可能导致细胞信号紊乱，并影响胚胎的正常发育。 HSP90（热休克蛋白90）：该蛋白的异常表达可能与胚胎应激反应增强有关。 2. 低质量胚胎中表达下降的蛋白 DDX6（RNA解旋酶）：负责降解母源mRNA，确保胚胎自主基因表达的顺利启动。在低质量胚胎中，其降解效率下降，可能导致母源基因调控的延迟。 KIFC1（微管动力蛋白）：负责染色体分离和细胞分裂，表达减少可能增加染色体异常的风险。 这些蛋白的异常表达，为理解低质量胚胎的生物学特征提供了新的视角，也为未来的胚胎质量评估和筛选提供了潜在的生物标志物。 发现影响胚胎质量的关键蛋白：哪些蛋白是“好胚胎”的标志？ 研究不仅关注低质量胚胎的异常蛋白，还发现了一些在高质量胚胎（good-quality embryos）中富集的蛋白，它们可能成为未来评估胚胎发育潜力的重要指标。 1. 高质量胚胎中特异性高表达的蛋白 CDX2（滋养层细胞分化关键蛋白）：在高质量胚胎中表达显著上调，决定胚胎植入能力。 NPM2（核仁蛋白2）：在ZGA后期上调，可能与胚胎细胞增殖和DNA稳定性相关。 ATP5A1（线粒体ATP合成酶亚基）：高表达提示能量代谢活跃，有助于胚胎正常发育。 2. “好胚胎”的代谢优势 高质量胚胎中，线粒体相关蛋白（如NDUFA9、COX5B）的表达普遍高于低质量胚胎，提示健康胚胎的能量代谢更加高效。 氧化应激防御能力更强，如PRDX1和GPX4（谷胱甘肽过氧化物酶4）的表达在高质量胚胎中更为稳定，说明其更能抵抗环境压力。 这些研究结果不仅帮助识别了影响胚胎质量的关键蛋白，也为未来基于蛋白质组学的精准胚胎筛选提供了可能性。例如，在试管婴儿治疗中，可以通过分析CDX2和ATP5A1等蛋白的表达水平，选择更具发育潜力的胚胎，从而提高胚胎移植的成功率。 未来：蛋白质组学能否帮助解决不孕不育？ 不孕不育已经成为全球范围内影响生育率的重要问题。据统计，全球约有 10%-15% 的育龄夫妇面临生育困难，而在接受试管婴儿（IVF）治疗的患者中，仍有相当比例因胚胎质量不佳或胚胎植入失败而未能成功怀孕。尽管辅助生殖技术（ART）在过去几十年取得了显著进展，但如何进一步提高成功率、优化胚胎筛选和改善卵母细胞质量仍然是当前生殖医学的核心挑战。 该研究通过单胚胎蛋白质组学（single-embryo proteomics, SEP）深入分析了人类胚胎的蛋白质动态变化，并提出了一系列与胚胎发育质量相关的关键蛋白。此外，研究还揭示了影响卵母细胞（oocyte）质量的分子机制，为未来生殖医学的精准干预提供了新的思路。 除了胚胎筛选，蛋白质组学还能做什么？ 蛋白质组学可以为不孕不育的诊断、治疗以及生殖技术优化提供更深入的分子机制解析。 1. 诊断不孕不育的潜在分子机制 传统的不孕不育诊断主要基于激素检测、染色体分析、宫腔镜检查等，但这些手段无法提供细胞和分子水平的动态信息。 该研究发现，低质量胚胎（PQ embryos）与高质量胚胎（GQ embryos）在蛋白表达上的显著差异，这些蛋白不仅影响胚胎发育，还可能与母体因素（如卵巢功能下降、激素失衡等）密切相关。例如，研究发现线粒体ATP合成酶（ATP5A1）和抗氧化蛋白PRDX1的表达水平可用于预测胚胎活力，而这些蛋白的异常也可能反映出母体卵母细胞的功能下降。 2. 开发个性化辅助生殖治疗策略 既然蛋白质是生物功能的直接执行者，研究其表达模式可以精准评估不孕不育的具体成因，从而制定个性化的治疗方案。 例如，在某些卵巢功能低下（diminished ovarian reserve, DOR）的患者中，研究发现NPM2（核仁蛋白2）和HSP90（热休克蛋白90）的表达水平较低，提示这些患者可能需要额外的卵巢刺激或营养支持，如补充辅酶Q10、抗氧化剂等，以提高卵母细胞质量。 3. 改进胚胎培养基，优化体外受精环境 研究发现，低质量胚胎中的代谢异常往往伴随蛋白表达的显著失调，如PRDX1、NDUFA9（线粒体呼吸链蛋白）的下调，提示这些胚胎可能对氧化应激更敏感。 未来，基于蛋白质组学数据，可以开发更优化的胚胎培养基，例如添加抗氧化剂、线粒体支持因子或蛋白质稳定剂，以提高低质量胚胎的存活率。 识别影响卵母细胞质量的关键蛋白，帮助提升卵巢功能 卵母细胞的质量直接决定了受精卵的发育潜力。随着女性年龄增长或因某些疾病（如多囊卵巢综合征、卵巢早衰等）导致卵母细胞质量下降，IVF成功率也会显著降低。该研究基于蛋白质组学，筛选出了影响卵母细胞质量的关键蛋白，为提升卵巢功能提供了新的干预靶点。 1. 线粒体功能相关蛋白：ATP合成效率决定卵母细胞质量 研究发现，线粒体ATP合成酶（ATP5A1、NDUFA9）的表达水平与卵母细胞质量呈正相关，提示能量代谢活跃的卵母细胞更具受精潜力。 在某些卵巢功能下降的女性中，这些线粒体蛋白的表达显著降低，提示线粒体能量供应不足可能是导致卵母细胞质量下降的主要因素。 未来，线粒体功能增强剂（如NAD+、辅酶Q10、复合维生素B）或许可以作为潜在的卵巢功能改善手段，提高卵母细胞的活力。 2. 母源mRNA调控蛋白：确保早期胚胎发育稳定性 该研究揭示，DDX6（RNA解旋酶）和YBX1（mRNA结合蛋白）是影响卵母细胞成熟的重要调控因子，它们负责稳定母源mRNA并确保ZGA的顺利启动。 在卵巢早衰或卵母细胞质量较差的个体中，这些蛋白的表达通常出现异常，可能影响早期胚胎发育。 综上，蛋白质组学不仅能帮助识别卵母细胞质量下降的分子机制，还可以为改善卵巢功能提供科学依据，未来可能成为个性化生殖医学的重要工具。 结合人工智能，开发自动化胚胎质量评估系统 随着人工智能（AI）和大数据技术的进步，未来生殖医学领域将逐步迈向智能化和自动化。该研究的蛋白质组学数据为AI胚胎评估系统提供了关键的生物标志物，未来可以结合机器学习算法，实现更精准的胚胎质量预测。 1. AI+蛋白质组学：自动化胚胎评分系统 传统的胚胎质量评分主要依赖形态学观察，而蛋白质组学可以提供更深入的分子层面信息。未来可以结合人工智能和质谱数据，构建智能胚胎筛选系统，综合蛋白表达、代谢状态和形态学特征，实现自动化、高精准的胚胎质量评估。 2. 早期不孕不育诊断的AI模型 通过训练AI模型分析卵母细胞和胚胎的蛋白质组数据，可以提前预测哪些患者更可能面临胚胎发育问题，从而提供更个性化的生殖治疗方案。 该研究通过单胚胎蛋白质组学，不仅揭示了胚胎筛选的新策略，还提供了提升卵母细胞质量、优化卵巢功能和提高IVF成功率的分子依据。未来，结合人工智能和精准医学，蛋白质组学有望推动生殖医学的重大突破，让不孕不育的治疗更加高效、个性化，并最终帮助更多家庭实现生育梦想。 参考文献 Zhu W, Meng J, Li Y, Gu L, Liu W, Li Z, Shen Y, Shen X, Wang Z, Wu Y, Wang G, Zhang J, Zhang H, Yang H, Dong X, Wang H, Huang X, Sun Y, Li C, Mu L, Liu Z. Comparative proteomic landscapes elucidate human preimplantation development and failure. Cell. 2025 Jan 17:S0092-8674(24)01470-3. doi: 10.1016/j.cell.2024.12.028. Epub ahead of print. PMID: 39855199. 责编|探索君 排版|探索君 转载请注明来源于【生物探索】 声明：本文仅用于分享，不代表平台立场，如涉及版权等问题，请尽快联系我们，我们第一时间更正，谢谢！ End 往期精选 围观 Science | 免疫系统如何挑选抗体中的“尖兵”? 热文 Nature Aging | 衰老可以被逆转吗？从血液标志物揭示抗衰老的可能性 热文 Cell | 肠道微生物如何影响肺部健康？“肠-肺轴”的免疫调控奥秘 热文 Cell | 突破感官边界：触觉与听觉信号整合的全新发现 热文 Nature Aging | 抗衰老的新方向：GD3能否成为治疗突破口？

2022年11月份即将结束，11月份Science期刊又有哪些亮点研究值得学习呢？小编对此进行了整理，与各位分享。 2022年11月份即将结束，11月份Science期刊又有哪些亮点研究值得学习呢？小编对此进行了整理，与各位分享。 1.Science：通用流感疫苗有戏！开发出一种针对所有20种已知的流感病毒亚型的实验性mRNA疫苗 doi:10.1126/science.abm0271 在一项新的研究中，来自美国宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的研究人员发现一种针对所有20种已知的流感病毒亚型的实验性mRNA疫苗在最初的测试中提供了对其他致命性流感病毒毒株的广泛保护，因此有朝一日可能成为预防未来流感大流行的普遍措施。相关研究结果发表在2022年11月25日的Science期刊上，论文标题为“Cortical wiring by synapse type–specific control of local protein synthesis”。 20-HA mRNA-LNP抗原。图片来自Science, 2022, doi:10.1126/science.abm0271。 这些作者采用的策略是使用来自所有已知的流感病毒亚型的免疫原---一类能刺激免疫反应的抗原---进行接种，以引起广泛的保护。预计他们开发的这种疫苗不会提供完全防止病毒感染的消除性免疫（sterilizing immunity）。相反，这项新的研究显示，该疫苗引起了一种记忆性免疫反应，该免疫反应可以被迅速激活并适应新的大流行流感病毒毒株，从而大大减少了感染引起的严重疾病和死亡。 论文通讯作者、宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院微生物学教授Scott Hensley博士说，“我们的想法是让人们对不同的流感病毒毒株有一种基线水平的免疫记忆，这样，当下一次流感大流行发生时，疾病和死亡将大大减少。”Hensley和他的实验室与mRNA疫苗先驱、宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院疫苗研究主任Drew Weissman博士的实验室合作开展了这项新的研究。 2.两篇Science揭示揭示RNA引导的CRISPR-Cas效应蛋白切割可触发适应性免疫反应 doi:10.1126/science.add7450; doi:10.1126/science.add7347 在第一项新的研究中，来自美国麻省理工学院的研究人员证明了CRISPR相关蛋白酶Csx29对σ因子抑制剂表现出可编程的RNA激活的内肽酶活性，以调节转录反应。活性的与底物结合的Csx29复合物的低温电镜结构显示了一种异构激活机制，该机制在靶RNA结合时重组Csx29的催化残基。相关研究结果发表在2022年11月26日的Science期刊上，论文标题为“RNA-activated protein cleavage with a CRISPR-associated endopeptidase”。这一发现揭示了自然界中的一种RNA引导功能，可用于体外和人类细胞中的RNA检测应用。 在第二项新的研究中，来自美国麻省理工学院和日本东京大学的研究人员发现III-E型CRISPR系统包括类似于半胱天冬蛋白酶（caspase）的蛋白酶Csx29，当Cas7-11识别靶RNA时，Csx29就被激活从而切割另一种称为Csx30的辅助蛋白。这种切割产生有毒的Csx30片段，据推测这些片段能抑制专门的σ因子RpoE，调节细菌对噬菌体感染的反应，并导致细菌生长停滞，从而清除噬菌体感染。相关研究结果发表在2022年11月26日的Science期刊上，论文标题为“RNA-triggered protein cleavage and cell growth arrest by the type III-E CRISPR nuclease-protease”。 他们还报告了Cas7-11-crRNA-Csx29复合物在靶RNA存在和不存在时的低温电镜结构，并证明靶RNA的结合会诱发Csx29的构象变化。生物化学实验显示Csx29对辅助蛋白Csx30的切割是靶RNA依赖性的。该系统在细菌中的重组显示对Csx30的切割产生了有毒的蛋白片段，导致生长停滞，这是由Csx31调节的。Csx30与Csx31和相关的σ因子RpoE结合，表明Csx30介导的σ因子RpoE抑制调节了细菌细胞对噬菌体感染的反应。我们对Cas7-11-Csx29-Csx30系统进行编程，用于哺乳动物细胞中可编程的RNA检测。这些发现扩大了CRISPR免疫反应的已知复杂性，使得对哺乳动物细胞中基于蛋白酶的可编程RNA检测成为可能。总体来说，Cas7-11-Csx29效应蛋白是一种RNA依赖性的核酸酶-蛋白酶。 3.Science：揭示全能性先驱因子Nr5a2激活受精卵基因组机制 doi:10.1126/science.abn7478 精子使卵子受精是新生命的开始。母体和父体的遗传信息，共同储存了有机体的身体构造，在受精后结合在一起。然而，在这个生命的早期阶段，DNA在细胞核中仍处于非活性状态。虽然受精卵细胞的第一次分裂是在储存在卵子中的母体因子的帮助下进行的，但是新的胚胎产物的合成对于胚胎的进一步发育是必要的，这需要接触到胚胎DNA。在一项新的研究中，德国马克斯普朗克生物化学研究所的Kikuë Tachibana和她的研究团队证实全能性先锋因子Nr5a2激活了胚胎DNA。相关研究结果于2022年11月24日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Zygotic genome activation by the totipotency pioneer factor Nr5a2”。 论文共同第一作者、马克斯普朗克生物化学研究所显微镜和生物信息学专家Imre Gáspár解释说，“我们为胚胎中产生的早期mRNA分子寻找共同的序列模式，并且能够找到几个序列基序。我们发现的序列基序相互接近，形成了一个所谓的超级基序（supermotif）。这个新发现的超级基序类似于已知的序列基序SINE B1元件，与人类基因组中高度保守的ALU元件有非常密切的关系。这些元件也被称为‘跳跃基因’，因为它们可以在某些细胞阶段（比如早期胚胎）从基因组的一个位置移动到另一个位置。” Nr5a2结合这个超级基序。论文共同第一作者、马克斯普朗克生物化学研究所胚胎学家Johanna Gassler说，“最初，Nr5a2是在肝脏中发现的。在发育生物学领域，人们知道Nr5a2在胚胎植入的后期阶段很重要。Nr5a2在受精后究竟有多重要还不知道。在我们的实验中，我们能够发现一旦Nr5a2被阻断，大多数早期胚胎mRNA分子就不再产生。此外，胚胎的进一步发育也受到了抑制。这表明，Nr5a2在胚胎发育的最早阶段发挥着核心作用。” 4.Science：重大进展！揭示亚精胺增强抗肿瘤免疫反应机制 doi:10.1126/science.abj3510 在哺乳动物中，免疫系统的力量随着年龄的增长而下降。这是由于多种因素造成的，包括胸腺退化引起的T细胞抗原库输出和多样性减少；炎症引起的细胞代谢变化；以及T细胞的增殖、分化或生存能力存在缺陷。老年人经常遭受严重的感染和癌症，而且与年轻患者的结果相比，所应用的疗法---包括癌症免疫疗法中的PD-1阻断---对他们往往是无效的。作为一种生物多胺，亚精胺（spermidine, SPD）随着年龄的增长而减少，补充SPD被证明可以改善或延缓几种与年龄有关的疾病，包括免疫系统疾病。所提出的通过SPD使免疫系统恢复活力的机制包括增强自噬、翻译活性和线粒体代谢。此前，SPD补充已被证明可增强动物模型的抗肿瘤免疫反应。然而，SPD的缺乏与衰老引起的T细胞免疫抑制之间的关系在很大程度上仍是未知的。 SPD与MTP结合，激活T细胞中的脂肪酸氧化。图片来自Science, 2022, doi:10.1126/science.abj3510。 鉴于CD8+T细胞在肿瘤免疫中起着关键作用，来自日本京都大学、东北大学和日本横滨理化学研究所的研究人员在一项新的研究中研究了衰老会如何影响CD8+T细胞的代谢和功能特征。他们探究了SPD不足是否是导致老年小鼠对PD-1抗体治疗无反应的一种因素。他们试图表征在老年小鼠中补充SPD所引起的CD8+T细胞群体变化，并确定SPD作用的分子机制。相关研究结果发表在2022年10月28日的Science期刊上，论文标题为“The mechanism of acentrosomal spindle assembly in human oocytes”。 这些作者发现，老年小鼠CD8+T细胞中SPD的总浓度和细胞内游离浓度约为年轻小鼠中的一半。在生物能量方面，与年轻的CD8+T细胞相比，老年CD8+T细胞显示出线粒体活性受损，而且氧消耗率、ATP产生和脂肪酸氧化（FAO）活性较低。 这些作者证实SPD补充增强了PD-1阻断免疫疗法在老年小鼠中的抗肿瘤活性。事实证明，SPD补充对所患肿瘤对单一抗PD-L1抗体治疗没有反应的年轻小鼠也是有效的。SPD和抗PD-L1抗体联合治疗增强了体内CD8+T细胞的增殖、细胞因子产生和线粒体ATP产生。在体外，SPD有效地增强了线粒体功能，并在1小时内将棕榈酸代谢为三羧酸循环成分，这表明SPD有可能直接与线粒体相关蛋白结合。生化分析确定SPD与线粒体三功能蛋白（mitochondrial trifunctional protein, MTP）结合，MTP是脂肪酸β-氧化的核心酶。MTP由α和β亚基组成，两者都与SPD结合。使用从大肠杆菌中合成和纯化的MTP进行的一些试验显示，SPD以很强的亲和力结合MTP [结合亲和力（解离常数，Kd）=0.1μM]，并别构地增强它的酶促脂肪酸氧化活性。此外，他们发现作为另一种来自SPD的多胺，精胺具有重要的细胞保护功能，也直接与MTP结合，并竞争性地抑制SPD的脂肪酸氧化活性，这表明SPD和精胺的平衡对评估老年细胞的脂肪酸氧化活性很重要。特异性地剔除T细胞中的MTP α亚基消除了SPD对PD-1阻断免疫疗法的增强作用，这表明MTP是SPD依赖性T细胞激活所必需的。 5.Science：揭示哺乳动物卵母细胞利用线粒体相关无膜区室储存母体mRNA doi:10.1126/science.abq4835 哺乳动物卵母细胞在生长过程中通过积极转录积累了大量的信使RNA（mRNA）。转录在卵母细胞生长的最后阶段停止，只有在受精后胚胎基因组被激活时才恢复。在此期间，卵母细胞和胚胎只能使用储存的mRNA来合成新的蛋白。因此，母体mRNA的适当储存对于卵母细胞通过减数分裂成熟为可受精的卵子以及受精后早期胚胎发育至关重要。然而，母体mRNA在哺乳动物的卵母细胞（包括人类的卵母细胞）中储存在何处以及如何储存，至今仍是个谜。 RNA通常储存在无膜区室中，这些无膜区室是由蛋白和/或核酸的自发相分离形成的。以前的研究已确定了在非哺乳动物卵母细胞中储存mRNA的不同类型的无膜区室，如秀丽隐杆线虫中的P颗粒和果蝇中的Polar颗粒。因此，在一项新的研究中，来自德国马克斯普朗克多学科科学研究所的研究人员着手确定哺乳动物卵母细胞中潜在的RNA储存区室。相关研究结果近期发表在Science期刊上，论文标题为“Mammalian oocytes store mRNAs in a mitochondria-associated membraneless compartment”。 小鼠卵母细胞中的MARDO。图片来自Science, 2022, doi:10.1126/science.abq4835。 这些作者分析了在小鼠卵母细胞中高度表达的RNA结合蛋白的定位。他们发现，RNA结合蛋白ZAR1、YBX2、DDX6、LSM14B和4E-T（EIF4ENIF1）与线粒体共同定位，在细胞质中形成簇集物。相比之下，它们没有与高尔基体、再循环内体（recycling endosome）或溶酶体共同定位，只是部分地与内质网共同定位。此外，他们用RNA荧光原位杂交法对mRNA进行染色，发现它们储存在这种线粒体相关无膜区室中。这种结构域也存在于其他哺乳动物物种的卵母细胞中，包括人类。由于这种结构域与任何已知的含RNA的区室不同，他们将它命名为线粒体相关核糖核酸蛋白结构域（mitochondria-associated ribonucleoprotein domain, MARDO）。 MARDO在线粒体周围的组装是由卵母细胞生长过程中线粒体膜电位的增加引导的。MARDO随着卵母细胞的生长而逐渐出现，并在充分生长的卵母细胞（它们的线粒体也是最活跃的）中变得最为明显。在定位于MARDO中的RNA结合蛋白中，ZAR1在MARDO组装中起主要作用。ZAR1，而不是其他RNA结合蛋白，在过量表达时促进了MARDO灶凝聚成水凝胶样基质。MARDO凝聚推动了线粒体聚集成巨大的簇集物。通过一系列体内和体外实验，这些作者发现ZAR1的非结构化N端结构域对MARDO组装及其与线粒体的结合至关重要。他们通过基因敲除、RNA干扰和Trim-Away剔除ZAR1，发现MARDO的形成和线粒体的聚集都受到损害。通过在Zar1基因敲除的卵母细胞中表达ZAR1，MARDO形成和线粒体聚集得到了恢复。这些结果证实ZAR1对MARDO组装和线粒体聚集至关重要。此外，活细胞成像分析表明ZAR1缺失导致卵母细胞减数分裂成熟期间的纺锤体组装、染色体排列和细胞分裂存在严重缺陷。 MARDO储存了翻译受抑制的mRNA，其中的一些mRNA已知在卵母细胞成熟为可受精的卵子期间或在受精后受到激活并进行蛋白表达。ZAR1丢失不仅破坏了MARDO，而且还导致定位于MARDO中的mRNA过早丢失。母体mRNA需要逐步降解并被从胚胎基因组转录的mRNA所取代，以确保胚胎的正常发育。在从减数分裂I到减数分裂II的过程中，由于ZAR1被蛋白酶体降解，MARDO解体了，这对母体mRNA的及时降解至关重要。 6.Science：靶向中介体复合物激酶模块可增强CAR-T细胞的抗肿瘤效力 doi:10.1126/science.abn5647 T细胞免疫疗法对某些癌症显示出令人印象深刻的疗效，但大多数患者并没有获得持久的反应。这类免疫疗法取得进展的核心障碍是T细胞效力不足，无法根除巨大的肿瘤负担，这是由多种因素造成的，包括T细胞衰竭、衰老、无能（anergy）和免疫抑制。基因编辑有潜力提高癌症免疫疗法的疗效，但目前仍不清楚哪些基因或哪组基因在编辑后能最有效地提高T细胞的效力。 在一项新的研究中，来自美国斯坦福大学的研究人员在人类T细胞中使用全基因组的CRISPR基因敲除筛选，以确定T细胞活力的调节因子。相关研究结果发表在2022年11月11日的Science期刊上，论文标题为“Enhanced T cell effector activity by targeting the Mediator kinase module”。 这些作者在人类嵌合抗原受体（CAR）T细胞（CAR-T）中进行了两次CRISPR筛选，使用的模型系统通过模拟慢性抗原暴露来诱导T细胞功能障碍。基于较高的增殖率和细胞因子产生率是最有效的抗肿瘤T细胞的特征这一假设，他们确定了在肿瘤暴露后增殖并产生白细胞介素-2（IL-2）和肿瘤坏死因子-α（TNFα）的T细胞中富含的向导RNA（gRNA）。 在人类T细胞中，破坏中介体复合物激酶模块会在转录上重新连接效应编程。图片来自Science, 2022, doi:10.1126/science.abn5647。 两次CRISPR筛选都发现了编码中介体复合物（Mediator complex）亚基的基因，这些基因包含在中介体复合物激酶模块中。中介体复合物作为增强子结合的转录因子和通用转录复合物（transcription machinery）之间的桥梁，通过协调转录网络在建立细胞身份方面起着核心作用。在人类CAR-T细胞中靶向剔除MED12（中介体复合物亚基12）或CCNC（细胞周期蛋白C）可导致增殖、细胞因子产生和肿瘤清除率增加。对于靶向多种肿瘤抗原和使用CD28或4-1BB共刺激的CAR以及在表达工程化T细胞受体（TCR）的T细胞中也观察到类似的效果。在许多模型系统中，具有干性（stemness）表型和转录组特征的T细胞显示出更高的抗肿瘤效力，然而，MED12缺失的T细胞显示出干性减弱和增强的效应细胞表型和转录组特征。与效应细胞的表型一致，MED12缺失的T细胞显示出增强的代谢活性和效力，其特点是糖酵解、氧化磷酸化和备用呼吸能力增加。MED12缺失的T细胞在长期培养和在体外和体内反复暴露于肿瘤后表现出持续的效力。小分子介导的对细胞周期蛋白依赖性激酶8和19（CDK8/19）---中介体复合物激酶模块的催化亚基---的抑制同样增加了健康的非工程化T细胞的增殖。 为了为理解这些观察结果提供基础，这些作者评估了MED12缺失的T细胞中染色质可及性和修饰的变化。通过使用染色质免疫沉淀测序，他们证实中介体复合物激酶模块和中介体复合物核心模块（core Mediator）在野生型CAR-T细胞中基本是共定位的，但MED12的缺失增加了中介体复合物核心模块在800多个基因组区域的染色质占用。这与已知的中介体复合物激酶模块在调节中介体复合物核心模块和RNA聚合酶II（RNAPII）之间的相互作用是一致的，并导致了这样的假设：T细胞中MED12或CCNC的缺失会选择性地减少中介体复合物核心模块和RNAPII之间的立体阻碍，从而增加转录和调节T细胞功能。与此相一致的是，在MED12缺失的CAR-T细胞中，MED1染色质占有率增加的区域表现为H3K27乙酰化增加，并且富集了在T细胞命运中起关键作用的转录因子---包括几个STAT和AP-1家族成员---所使用的增强子。在MED12缺陷的T细胞中，观察到最明显的增强是STAT5，它表现为对IL-2的敏感性增加。非工程化T细胞对IL-2的敏感性增加也可能是由于接触小分子CDK8/19抑制剂。 7.Science：科学家发现能促使黑色素瘤“长生不老”的关键遗传因素 doi:10.1126/science.abq0607 近日，一篇发表在国际杂志Science上题为“TPP1 promoter mutations cooperate with TERT promoter mutations to lengthen telomeres in melanoma”的研究报告中，来自匹兹堡大学等机构的科学家们通过研究揭示了黑色素瘤控制其死亡率之谜中缺少的一块拼图。文章中，研究人员描述了他们发现肿瘤如何遗传改变组合来促进其爆炸式地增长并预防其自身死亡，这一研究结果或许有望改变肿瘤学家理解和治疗黑色素瘤的方式。 大约75%的黑色素瘤中包含了TERT基因突变，这些突变能刺激蛋白质产生并增加端粒酶的活性，然而，当科学家们促使黑色素细胞中的TERT突变后，他们发现其并不能产生在癌症患者肿瘤中所观察到的同样长的端粒，事实证明，TERT启动子的突变只是故事的一半。有了癌症生物学的背景和对端粒研究的兴趣，研究人员就决定寻找黑色素瘤、TERT启动子突变和长端粒之间缺少的环节。当研究人员在梳理癌症突变数据库时，他们发现了名为TPP1的端粒结合蛋白的特殊区域或许在黑色素瘤中会经常发生突变。当研究者发现TPP1的突变与TERT的突变惊人地相似时，他们非常高兴，这些突变位于TPP1新注释的启动子区域中，并能刺激该蛋白的产生，长期以来TPP1一直被认为能刺激端粒酶的活性。 多年前生物化学家们就发现，在试管中TPP1能增加端粒酶的活性，但研究人员当时并不清楚这在临床中实际会发生什么。当研究人员将突变的TERT和TPP1重新添加到细胞中时，这两种蛋白就能协同作用来产生在黑色素瘤中所观察到的独特的长端粒，TPP1是科学家们一直在寻找的缺失的因素，但其却一直隐藏在大家的眼皮底下。 这一研究发现或许有望改变科学家们理解黑色素瘤发生的方式，或许也有望改变当前的黑色素瘤疗法；通过确定对癌症非常特殊的端粒维持系统，科学家们就有了一个开发新型疗法的新靶点。综上，本文研究结果表明，TPP1启动子突变体或能与TERT的激活协作，从而增强黑色素瘤的端粒维持和永生化特性。 8.Science：发现RNA结合蛋白FMRP让肿瘤逃避免疫系统的识别并对免疫疗法产生抵抗性 doi:10.1126/science.abl7207 在一项新的研究中，来自瑞士洛桑联邦理工学院、伯尔尼大学和洛桑大学医院等研究机构的研究人员发现了一种蛋白在帮助肿瘤逃避免疫破坏方面发挥着关键作用。这种被命名为“脆性X智力迟钝蛋白（fragile X mental retardation protein, FMRP）”的RNA结合蛋白调控着肿瘤微环境中的一个基因和细胞网络，有助于提高它“躲避”免疫细胞的能力。正常情况下，FMRP参与调节蛋白翻译和神经元中mRNA的稳定性。但是他们发现，它在多种类型的癌症中发生异常地上调。相关研究结果发表在2022年11月18日的Science期刊上，论文标题为“Aberrant hyperexpression of the RNA binding protein FMRP in tumors mediates immune evasion”。 在这项新的研究中，这些作者使用了著名的CRISPR-Cas9基因编辑技术，敲除了由小鼠胰腺、结肠、乳腺和皮肤黑色素细胞引起的癌细胞中产生FMRP的基因（名为FMR1）。然后，他们将敲除FMRP的癌细胞与仍有FMR1基因并因此表达FMRP蛋白的癌细胞进行比较。 FMRP能使肿瘤逃避免疫系统的攻击。图片来自Science, 2022, doi:10.1126/science.abl7207。 他们评估了含有FMRP基因敲除癌细胞的小鼠和FMRP阳性野生型癌细胞的小鼠的存活率，首先在免疫系统受到损害的小鼠中进行。他们的比较结果显示这两组小鼠具有类似的存活率。值得注意的是，当他们将基因敲除肿瘤与免疫系统正常运作的小鼠体内生长的野生型肿瘤进行比较时，他们发现没有FMRP的肿瘤生长速度较慢，而它们的存活时间更长。 这部分研究显示的是，FMRP并不参与刺激肿瘤生长本身，而是与适应性免疫系统（我们用疫苗“训练”的那部分免疫系统）有关。 他们的观察结果---野生型肿瘤很少有浸润性T细胞，而FMRP基因敲除肿瘤则高度发炎---进一步证实了这一点。剔除FMRP基因敲除的肿瘤中的T细胞导致它们开始更快速地生长，并降低了小鼠的存活率，这意味着FMRP以某种方式参与了肿瘤对免疫系统的逃避。 9.Science：靶向过度活跃的脑细胞的新型基因疗法有望治疗神经系统疾病 doi:10.1126/science.abq6656 在一项新的研究中，来自英国伦敦大学学院的研究人员开发出一种治疗神经和精神疾病的新方法，该方法通过降低过度活跃的脑细胞的放电而发挥作用。相关研究结果发表在2022年11月4日的Science期刊上，论文标题为“On-demand cell-autonomous gene therapy for brain circuit disorders”。 论文共同通讯作者、伦敦大学学院皇后广场神经学研究所的Gabriele Lignani博士说，“我们发明了一种新的基因疗法，它只在过度活跃的脑细胞中开启而发挥作用，如果它们恢复正常，它就自行关闭。我们利用了某些DNA序列的能力来控制基因表达，以响应代谢信号。通过重新引导这种活跃感应机制来驱动阻止脑细胞放电的分子的产生，我们发现癫痫发作可以得到抑制。” cfos活性依赖性激活的体外表征。图片来自Science, 2022, doi:10.1126/science.abq6656。 为了开发这种新的基因疗法，这些作者筛选了几个已知能对刺激作出反应而被激活的基因，并将它们的启动子与因能够减少神经细胞放电而被选中的钾离子通道偶联在一起。这种启动子-钾离子通道的组合使用在小鼠体内和在培养皿里培养的微型大脑样结构（即大脑类器官）中进行了测试，这种大脑类器官是用皮肤衍生的人类干细胞制造的。 他们发现即时早期基因cfos启动子与KCNA1钾离子通道基因的组合使用经证实在诱导癫痫发作后能高度有效地抑制神经元放电，也能抑制自发性癫痫发作，而对认知能力没有任何负面影响。 这种新的治疗方法比以前在同一模型中测试的基因疗法或抗癫痫药物更有效，可使得癫痫小鼠的自发性癫痫发作减少了约80%。这些作者表示，这种新的基因疗法最终在理论上也可能用于治疗其他一些脑细胞过度活跃的疾病，如帕金森病。 10.Science：新发现有望增强有前途的新型癌症药物CELMoD的抗癌疗效 doi:10.1126/science.add7574 在一项新的研究中，来自美国斯克里普斯研究所的研究人员发现了一类有前途的新型癌症药物---CELMoD（CRBN E3 ligase modulatory drug, CRBN E3连接酶调节药物）---发挥疗效所需的一个关键特征。相关研究结果发表在2022年11月4日的Science期刊上，论文标题为“Molecular glue CELMoD compounds are regulators of cereblon conformation”。 CELMoDs被设计为以一种新的方式攻击癌症，通过与一种叫做cereblon（CRBN）的调节蛋白结合，然后触发关键的癌症驱动蛋白的降解。在这项新的研究中，这些作者发现，这类药物为了发挥作用，在与CRBN结合时需要引起它的一个关键形状变化。这一发现使得科学家们能够可靠地设计有效的CELMoD。 在这项新的研究中，论文第一作者、Lander实验室博士后研究员Randy Watson博士花了一年多的时间设计了一种让与泛素系统搭档蛋白DDB1结合时的CRBN保持稳定的配方，以便用低温电镜（cryo-EM）对它进行成像。通过这种方式，他最终能够在近原子尺度上解析出CRBN的三维结构。Watson还对CELMoD和靶蛋白与CRBN-DDB1形成的复合物进行了成像。 CRBN与DDB1∆BPB采用开放式构型。图片来自Science, 2022, doi:10.1126/science.add7574。 他们的结构数据显示，CELMoD必须以改变它的形状或构象的方式与CRBN结合。他们确定CRBN有一种默认的“开放”构象，但必须切换到一种特定的“封闭”构象，才能对靶蛋白进行泛素标记。 这一发现的主要意义在于，开发CELMoD的制药公司如今对他们的候选药物必须做什么才能发挥疗效有了更好的认识。Watson说，“制药公司一直在开发结合CRBN的蛋白降解药物，它们认为这些药物是更好的降解药物，但它们不知道这是因为这些药物能更好地驱动这种封闭构象。因此如今他们知道了这一点，他们可以测试他们的药物的这一关键特性。”（生物谷 Bioon.com）

在一项新的研究中，研究人员确定了线粒体相关核糖核酸蛋白结构域（MARDO），即一种线粒体相关无膜区室，在包括人类在内的多种哺乳动物的卵母细胞中储存母体mRNA。 哺乳动物卵母细胞在生长过程中通过积极转录积累了大量的信使RNA（mRNA）。转录在卵母细胞生长的最后阶段停止，只有在受精后胚胎基因组被激活时才恢复。在此期间，卵母细胞和胚胎只能使用储存的mRNA来合成新的蛋白。因此，母体mRNA的适当储存对于卵母细胞通过减数分裂成熟为可受精的卵子以及受精后早期胚胎发育至关重要。然而，母体mRNA在哺乳动物的卵母细胞（包括人类的卵母细胞）中储存在何处以及如何储存，至今仍是个谜。 RNA通常储存在无膜区室中，这些无膜区室是由蛋白和/或核酸的自发相分离形成的。以前的研究已确定了在非哺乳动物卵母细胞中储存mRNA的不同类型的无膜区室，如秀丽隐杆线虫中的P颗粒和果蝇中的Polar颗粒。因此，在一项新的研究中，来自德国马克斯普朗克多学科科学研究所的研究人员着手确定哺乳动物卵母细胞中潜在的RNA储存区室。相关研究结果近期发表在Science期刊上，论文标题为“Mammalian oocytes store mRNAs in a mitochondria-associated membraneless compartment”。 这些作者分析了在小鼠卵母细胞中高度表达的RNA结合蛋白的定位。他们发现，RNA结合蛋白ZAR1、YBX2、DDX6、LSM14B和4E-T（EIF4ENIF1）与线粒体共同定位，在细胞质中形成簇集物。相比之下，它们没有与高尔基体、再循环内体（recycling endosome）或溶酶体共同定位，只是部分地与内质网共同定位。此外，他们用RNA荧光原位杂交法对mRNA进行染色，发现它们储存在这种线粒体相关无膜区室中。这种结构域也存在于其他哺乳动物物种的卵母细胞中，包括人类。由于这种结构域与任何已知的含RNA的区室不同，他们将它命名为线粒体相关核糖核酸蛋白结构域（mitochondria-associated ribonucleoprotein domain, MARDO）。 MARDO在线粒体周围的组装是由卵母细胞生长过程中线粒体膜电位的增加引导的。MARDO随着卵母细胞的生长而逐渐出现，并在充分生长的卵母细胞（它们的线粒体也是最活跃的）中变得最为明显。在定位于MARDO中的RNA结合蛋白中，ZAR1在MARDO组装中起主要作用。ZAR1，而不是其他RNA结合蛋白，在过量表达时促进了MARDO灶凝聚成水凝胶样基质。MARDO凝聚推动了线粒体聚集成巨大的簇集物。通过一系列体内和体外实验，这些作者发现ZAR1的非结构化N端结构域对MARDO组装及其与线粒体的结合至关重要。他们通过基因敲除、RNA干扰和Trim-Away剔除ZAR1，发现MARDO的形成和线粒体的聚集都受到损害。通过在Zar1基因敲除的卵母细胞中表达ZAR1，MARDO形成和线粒体聚集得到了恢复。这些结果证实ZAR1对MARDO组装和线粒体聚集至关重要。此外，活细胞成像分析表明ZAR1缺失导致卵母细胞减数分裂成熟期间的纺锤体组装、染色体排列和细胞分裂存在严重缺陷。 小鼠卵母细胞中的MARDO。图片来自Science, 2022, doi:10.1126/science.abq4835。 MARDO储存了翻译受抑制的mRNA，其中的一些mRNA已知在卵母细胞成熟为可受精的卵子期间或在受精后受到激活并进行蛋白表达。ZAR1丢失不仅破坏了MARDO，而且还导致定位于MARDO中的mRNA过早丢失。母体mRNA需要逐步降解并被从胚胎基因组转录的mRNA所取代，以确保胚胎的正常发育。在从减数分裂I到减数分裂II的过程中，由于ZAR1被蛋白酶体降解，MARDO解体了，这对母体mRNA的及时降解至关重要。 综上所述，在这项新的研究中，这些作者确定了MARDO，即一种线粒体相关无膜区室，在包括人类在内的多种哺乳动物的卵母细胞中储存母体mRNA。他们的数据揭示了MARDO如何协调母体mRNA的储存、翻译和降解以确保哺乳动物的生育能力。RNA结合蛋白ZAR1促进MARDO组装和凝聚成簇集物。MARDO储存翻译受到抑制的mRNA，其中的一些mRNA在发育的后期阶段进行蛋白翻译。ZAR1被蛋白酶体降解驱动MARDO在成熟卵子中解体，以确保母体mRNA的及时降解。 这些数据还揭示了无膜的MARDO和有膜的线粒体之间的物理和功能相互作用，这两者都是母体遗传给后代的，在卵母细胞生长过程中积累。（生物谷 Bioon.com） 参考资料： Shiya Cheng et al. Mammalian oocytes store mRNAs in a mitochondria-associated membraneless compartment, Science, 2022, doi:10.1126/science.abq4835.