Forscher charakterisieren den Regulierungsmechanismus der geordneten Aktivierung des zygotischen Genoms in frühen Embryonen

Die frühe Entwicklung eines Embryos wird ausschließlich durch mütterlicherseits abgelagerte RNAs und Proteine ​​unterstützt, bis sein eigenes Genom durch einen Prozess namens zygotische Genomaktivierung (ZGA) aktiviert wird. Jüngste Arbeiten chinesischer Wissenschaftler haben einen neuartigen molekularen Mechanismus aufgezeigt, der die Bildung eines totipotenten Chromatins und die Steuerung einer geordneten zygotischen Genomaktivierung in frühen Drosophila-Embryonen ermöglicht.

Ergebnisse der Studie waren veröffentlicht In Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften am 14. November mit dem Titel „HIRA und dPCIF1 etablieren gemeinsam totipotentes Chromatin und kontrollieren geordnetes ZGA in Drosophila-Embryonen.“

Das zygotische Genom bleibt im Frühstadium transkriptionell stumm; Dann erfährt der frühe Embryo tiefgreifende Veränderungen in seiner genomischen Architektur und programmiert das Chromatin von einer Keimzelle in einen totipotenten Zustand um.

Während des Übergangs von der Mutter zur Zygote in Drosophila regulieren die Pionier-Transkriptionsfaktoren Zelda und GAF ​​gemeinsam die Transkriptionsaktivierung zygotischer Gene im frühen Embryo und stellen so sicher, dass der Embryo erfolgreich in nachfolgende Entwicklungsstadien übergeht.

Prof. Sun Qinmiao und seine Gruppe vom Institut für Zoologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften haben sich mit der Gruppe von Chen Dahua vom Biomedizinischen Forschungsinstitut der Universität Yunnan zusammengetan, um die Etablierung und Aufrechterhaltung des totipotenten Chromatinzustands in frühen Embryonen aufzuklären wie Pionier-Transkriptionsfaktoren reguliert werden, um die Genexpression rechtzeitig und geordnet während der frühen Embryonalentwicklung zu initiieren.

Die Forscher untersuchten die Funktion von dPCIF1 und fanden heraus, dass der mütterliche Mangel an dPCIF1 zu einer erheblichen embryonalen Letalität führt. Die mütterliche Erschöpfung von dPCIF1 führt auch zu einem signifikanten Anstieg der Verteilung des Pionier-Transkriptionsfaktors GAF auf frühembryonalem Chromatin, was darauf hindeutet, dass dPCIF1 im frühen Embryo die normale zygotische Genomaktivierung aufrechterhält, indem es die Funktion von GAF antagonisiert.

Weitere Untersuchungen ergaben, dass das spezifische Histon-H3.3-Chaperon HIRA im frühen Embryo sowohl mit dPCIF1 als auch mit GAF interagiert. Die mütterliche Erschöpfung von HIRA führt zu vollständiger embryonaler Letalität und einer allgemeinen Herunterregulierung der zygotischen Genexpression, wobei die herunterregulierten zygotischen Gene in hohem Maße mit denen übereinstimmen, die in Embryonen mit mütterlicher Erschöpfung von dPCIF1 vorzeitig aktiviert werden.

„dPCIF1 fungiert als Überwachungsfaktor und unterstützt HIRA dabei, eine geordnete zygotische Genomaktivierung zu erreichen, indem es die vorzeitige Aktivierung von GAF kontrolliert“, sagte Prof. Sun.

Diese Studie identifizierte einen neuartigen Mechanismus für die geordnete Regulierung der zygotischen Genaktivierung während der frühen Embryonalentwicklung und lieferte neue Einblicke in die Regulierungsmechanismen der zygotischen Genaktivierung.