Mechanismus des mütterlichen-zu-zygotischen Übergangs bei Zebrafischen, der in der Phasentrennung des Enzyms gefunden wurde

Der mütterliche-zu-zygotische Übergang, der die mütterliche mRNA-Clearance und die zygotische Genomaktivierung (ZGA) umfasst, ist ein konservierter und grundlegender Prozess während der Embryogenese von Wirbeltieren. Während dieser kritischen Entwicklungsphase durchläuft der Embryo eine dramatische Umprogrammierung, indem er von einem von mütterlichen Faktoren dominierten Zustand in einen von zygotischen Faktoren gesteuerten Zustand übergeht. Aufgrund der transkriptionellen Ruhe des zygotischen Genoms während der anfänglichen Entwicklungsstadien sind eine selektive Aufrechterhaltung und translationale Kontrolle mütterlicher mRNAs wesentlich.

Frühere Studien des Labors von Dr. Yang Yungui vom Pekinger Institut für Genomik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (China National Center for Bioinformation) und des Labors von Dr. Liu Feng vom Institut für Zoologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften haben gezeigt, dass RNA 5-Methylcytosin ( m5C)-Modifikation und RNA-Struktur fördern den mütterlichen-zu-zygotischen Übergang (MZT), indem sie selektiv die Stabilität mütterlicher mRNAs schützen. Dennoch ist noch nicht verstanden, wie die Befruchtung mechanistisch zu MZT führt.

Kürzlich zeigte eine neue Studie unter der Leitung von Dr. Yang Yungui und Dr. Liu Feng, dass die Ddx3xb-Phasentrennung die MZT reguliert, indem sie die mütterliche mRNA-Translation fördert. Sie veröffentlichten ihre Arbeit in Zellforschung.

Die Forscher fanden heraus, dass Ddx3xb in Zebrafischembryos stark exprimiert wird, und zeigten durch eine Reihe von Phasentrennungsassays, dass die Ddx3xb-Phasentrennung vom Vorhandensein seines N-terminalen IDR abhängt. Interessanterweise beobachteten die Forscher, dass endogenes Ddx3xb Kondensate durch Flüssig-Flüssig-Phasentrennung (LLPS) nur bei 4 hpf, aber nicht bei 2 hpf bildete. Da die 4-hpf-Periode nach der Befruchtung ein kritischer Zeitpunkt für MZT ist, können diese Daten auf eine Rolle von Ddx3xb bei der Regulierung von MZT durch LLPS-Aktivität hinweisen. Dann erzeugten sie eine ddx3xb-Null-Frameshift-Mutante durch CRISPR/Cas9 und stellten fest, dass der Verlust von Ddx3xb eine Entwicklungsverzögerung induziert und die LLPS-Fähigkeit von Ddx3xb für die Zebrafisch-Embryogenese unerlässlich ist.

Darüber hinaus untersuchten die Forscher den zugrunde liegenden molekularen Mechanismus durch Multi-Omics-Sequenzierung und biochemische Experimente. RNA-seq-Daten zeigten, dass die Ddx3xb-Phasentrennung den Abbau mütterlicher mRNAs und die Aktivierung zygotischer Gene regulieren könnte, was darauf hinweist, dass die Phasentrennungsaktivität von Ddx3xb für MZT entscheidend ist.

In Kombination mit zuvor veröffentlichten Daten über die RNA-Struktur in Zebrafischembryos entdeckten die Forscher, dass die 5′-UTR-Strukturen von Ddx3xb-Ziel-mRNAs bei 4 hpf signifikant offener waren als die von Nicht-Ddx3xb-Zielen. Die Ergebnisse von In-vitro-Helikase-Assays zeigten, dass die Phasentrennung, vermittelt durch die N-terminale intrinsisch ungeordnete Region (IDR) in Ddx3xb, die Ddx3xb-Helikase-Aktivität erleichtert. Zur Unterstützung der Rolle von Ddx3xb bei der Kontrolle der Translation durch Entwindung der RNA-Struktur in der 5′-UTR zeigten die Forscher ferner, dass die Ddx3xb-Phasentrennung die Translationseffizienz von mütterlichen mRNAs über einen Ribosomen-Profiling-Assay verbessern könnte.

Insgesamt zeigt diese Studie, dass die Ddx3xb-Phasentrennung MZT reguliert, indem sie die mütterliche mRNA-Translation fördert. Diese Ergebnisse erweitern unser Verständnis der Rolle der Phasentrennung in biologischen Prozessen, wie z. B. ihrer dynamischen Regulation der Genexpression während MZT.