合子基因組激活(ZGA)標志著一個多能胚胎的胚胎程序的開始，它產生內細胞團(ICM)，多能外胚層產生，胚外滋養外胚層產生。然而，ZGA如何與哺乳動物胚胎的第一次譜系分離聯系起來仍然是一個謎。

2023年11月7日，清華大學頡偉團隊在Cell Research（IF=44）在線發表題為“NR5A2 connects zygotic genome activation to the first lineage segregation in totipotent embryos”的研究論文，該研究報告了核受體(NR)轉錄因子(TFs)的作用，發現其基序在小鼠胚胎的2細胞(2C)到8細胞(8C)階段都是高度富集的。該研究發現NR5A2，一個被ZGA強烈誘導的NR TF，是這種連接所必需的。在Nr5a2基因敲除或敲除后，胚胎發育超過2C正常，合子基因組大部分被激活。然而，4 - 8C特異性基因激活嚴重受損，Nr5a2缺陷胚胎隨后在桑葚胚期停滯。全基因組染色質結合分析表明，Nr5a2結合的順式調控元件在2C和8C胚胎中對嵌入其結合基序的B1元件都有強烈富集。

在2C胚胎中，NR5A2不是打開其結合位點所必需的，但對于打開其8C特異性結合位點是必不可少的。這些8C特異性結合位點在囊胚和干細胞調控基因附近富集，并且通常與囊胚和胚胎干細胞(ESCs)中的主多能性TFs結合。重要的是，NR5A2調控了許多早期ICM基因中的關鍵多能基因Nanog和Pou5f1/Oct4，以及原始內胚層調控基因Gata6，以及8C階段的關鍵滋養外胚層調控基因Tead4和Gata3。相比之下，主控多能性tf NANOG、SOX2和OCT4靶向小鼠ESCs的早期和晚期ICM基因。綜上所述，這些數據確定NR5A2是全能性胚胎的關鍵調節因子，在小鼠早期發育中將ZGA與第一譜系分離連接起來。

受精后，胚胎的整體轉錄最初是沉默的經過幾個細胞周期后，產生數千個合子轉錄本，稱為合子基因組激活(ZGA)。ZGA可分為小波ZGA和大波ZGA，分別發生在小鼠1細胞中期(1C)和2細胞晚期(2C)到了8細胞(8C)階段，卵裂球仍然可以在嵌合小鼠的所有譜系中發揮作用，并且在廣義上被認為是全能性狀態在8C晚期，小鼠胚胎開始致密并進一步分裂，最終產生兩個細胞系：內細胞團(ICM)，包括多能細胞的建立者，以及滋養外胚層(TE)，發育到胚胎外胚層ICM隨后在E4.5.9產生表達Nanog的多能外胚層和表達Gata6的原始內胚層(PrE)。外胚層細胞是所有未來胚胎譜系的起源na?ve多能性可以通過從ICM中衍生胚胎干細胞(ESCs)在體外獲得。核心多能性轉錄因子(TFs) NANOG、SOX2和OCT4 (NSO)協同調節內在多能性轉錄網絡。此外，ESCs還表達“輔助的”多能性調控因子，如ESRRB、KLF4、SALL4和TBX3，它們可以增強多能性網絡盡管在理解多能性調控方面取得了顯著進展，但ZGA如何與多能性建立聯系至今仍然難以捉摸。近年來，隨著超靈敏染色質分析方法的發展，在早期哺乳動物胚胎中發現了染色質景觀的重編程。這些染色質圖譜還確定了在早期胚胎發生中表現出高度動態活性的假定調控元件，這些元件可能募集主TFs來調節轉錄網絡。然而，這些TFs的特性以及它們如何與順式調控元件相互作用來控制轉錄回路仍然知之甚少。值得注意的是，TFs可以從高通量測序(ATAC-seq)或DNA酶I超敏感位點測序鑒定的轉座酶可及染色質檢測中嵌入的調控元件中推斷出來。

NR5A2將ZGA連接到早期開發中的第一個譜系規范（圖源自Cell Research）核受體(NR)是結構保守的、依賴配體的TFs，在細胞增殖、代謝、干細胞多能性和內穩態等方面具有多種功能，例如，RARG被證明參與2C樣細胞程序，盡管由于RAR家族的冗余，其缺陷本身與小鼠早期發育兼容。NR5A2被認為與磷脂酰肌醇結合，盡管小鼠NR5A2似乎在進化過程中失去了與配體結合的能力而變得不依賴于配體NR5A2也與多能性調控密切相關。Nr5a2在早期胚胎發生中起重要作用，并調節外胚層中Pou5f1的表達。在小鼠ESCs (mESCs)中，NR5A2受典型Wnt/β-Catenin信號通路的調控，并直接控制多能性基因Oct4、Nanog和Tbx3。此外，NR5A2可以誘導外胚層干細胞進入基態多能狀態，并在iPSC重編程中取代OCT4ESRRB和NR5A2在mESCs中作為OCT4和SOX2的輔助因子共同發揮重要作用。該研究篩選了可能在ZGA后早期胚胎中發揮作用的NR TF，并確定NR5A2是小鼠早期發育的關鍵調節因子。Nr5a2的敲低(KD)或敲除(KO)會損害4-8C基因的激活，導致胚胎在桑葚胚期左右停滯。利用CUT&RUN，分析了NR5A2在2C和8C階段的染色質占用情況，發現NR5A2直接激活了4-8C基因程序，包括一組關鍵的多能性基因。此外，它還打開了一組在8C階段特異性激活的區域，這些區域由胚泡或mESC中的NSO等主多能TFs結合。這些數據表明，NR5A2通過將ZGA連接到第一個譜系規范程序，在調節早期胚胎發育中起著關鍵作用。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41422-023-00887-z