探索全能先驱因子Nr5a2如何激活受精卵中的基因组

精子使卵子受精是新生命的开始。共同存储生物身体计划的母系和父系遗传信息在受精后结合。

然而，在生命的早期阶段，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在储存在卵子中的母体因子的帮助下发挥作用，但新胚胎产物的合成对于胚胎的进一步发育是必要的，这需要获得胚胎的DNA。如《科学》杂志所示，KikuëTachibana和她在MPIofBiochemistry的团队现已表明，先驱因子Nr5a2可唤醒胚胎DNA。

生命的开始是生物学中一个迷人的过程。雌性卵细胞通过与雄性精子细胞融合受精。从胚胎的第一个细胞开始，整个有机体可以发育。受精卵的DNA发生了哪些分子过程，使该细胞具有产生新生物的潜力?MPIB主任兼全能性研究部门负责人KikuëTachibana正在与她的研究团队一起使用小鼠模型研究这个问题。

众所周知，所谓的先驱因子与非活性DNA的特定区域结合以激活它们。在受精卵母细胞的情况下找出这些因素是当前研究的主题。

对于这项研究，需要四位第一作者的多学科努力和他们互补的专业知识。“这项工作的核心团队由胚胎学、生物化学、生物信息学、显微镜学和基因组学方面的专家组成。我们一起能够看到基因组中的线索，发现转录因子Nr5a2并研究细胞内外的机制，”Tachibana说.

从DNA到蛋白质

DNA的基本组成部分——腺苷、胸腺嘧啶、鸟嘌呤和胞嘧啶——编码生物体中所有蛋白质的蓝图，就像在图书馆中一样。通过称为转录的过程，某些DNA区域(也称为基因)被读取并转录为信使RNA(mRNA)。随后，根据mRNA指令产生蛋白质。细胞结构、通道、信号分子或分子机器等都是根据这些分子信息构建的。

分子生物学家和生物信息学家SiwatRuangroengkulrith解释说：“遗传信息并不能简单地在细胞核中自由获取。它以长DNA线的形式存在，包裹着称为组蛋白的小包装蛋白，就像一串珍珠.DNA和组蛋白相互缠绕，以至于DNA线被缩短了40,000倍。这就是为什么我们可以在显微镜下将DNA视为染色体，这都是因为组蛋白的这种压缩。

先驱因子Nr5a2

先驱因子具有与紧密堆积的DNA结合的能力。它们属于转录因子大家族。它们与DNA上的特定序列模式结合以转录基因序列。

显微镜和生物信息学专家ImreGáspár解释说：“我们为胚胎中产生的早期mRNA分子寻找了一个共同的序列模式，并能够找到几个序列基序。”

“发现的基序彼此靠近，形成了所谓的超基序。新发现的超基序类似于已知的序列基序SINEB1元素，与人类基因组中高度保守的ALU元素密切相关。这些元素也被称为称为‘跳跃基因’，因为它们可以在某些细胞阶段从基因组中的一个位置移动到另一个位置，例如在早期胚胎中。”

Nr5a2与这个超基序结合。胚胎学家JohannaGassler说：“最初，Nr5a2是在肝脏中发现的。在发育生物学领域，已知Nr5a2在胚胎着床后期很重要。Nr5a2在受精后的重要性尚不清楚。“

“在我们的实验中，我们能够证明，一旦Nr5a2被阻断，大多数早期胚胎mRNA分子就不再产生。此外，胚胎的进一步发育受到抑制。这表明Nr5a2在早期阶段起着核心作用胚胎发育。”

研究人员使用最新的生化和基因组方法测试了Nr5a2在早期发育过程中的功能。生物化学家WataruKobayashi解释说：“我们已经通过实验证明Nr5a2可以打开非活性DNA区域，使更多DNA区域可用于后续转录过程。”因此，基因组在双细胞阶段被激活，胚胎和最终完全可行的生物体可以发育。

Tachibana说：“发现Nr5a2是驱动基因组觉醒的关键因素，是实现对生命起源的机械理解的重要垫脚石。同样清楚的是，必须有其他因素有待确定。到目前为止，我们的工作提供了一个概念框架‘exunoplura’(lat.manyfromone)，它可以解释转录激活如何在早期胚胎中稳健地发生以确保发育成一个完整的有机体。”