《Cell Stem Cell 》改变科学教条

到目前为止，人们一直认为人类胚胎中的基因只有在受精后的两三天，由4到8个细胞组成时才会活跃起来。现在，研究人员使用scRNA-seq对单细胞胚胎的基因表达进行深度分析，发现基因表达在人类胚胎的单细胞阶段就开始了。这些范式转变的发现可能会改变目前对发育起源的看法。

　　

众所周知，在人类胚胎中，转录的起始(胚胎基因组激活)发生在八细胞阶段。但是，启动这一进程的确切时间仍不清楚。到目前为止，人们一直认为，人类胚胎中的基因只有在受精后的两到三天，由4到8个细胞组成时才会活跃起来。现在，英国的一个研究小组已经深入研究了单细胞胚胎中的基因表达，他们的发现表明，基因表达在人类胚胎的单细胞阶段就开始了。

剑桥大学首席研究员Giles Yeo博士在推特上说，教科书上说，卵子和精子融合所需的一切都已经在卵子中了，直到4-8细胞阶段才出现新的转录(产生mRNA和更多的蛋白质)。“我们证明这是根本错误的，”他补充说，“改变了我们对自身发展起源的看法。”

这项研究发表在《Cell Stem Cell》杂志上，题为《人类胚胎基因组激活始于单细胞阶段》（Human embryonic genome activation initiates at the one-cell stage）。

通过使用scRNA-seq，研究人员分析了单个的人类卵子和一个细胞胚胎，发现了以前无法获得的卵母细胞到胚胎的基因表达变化，可能如此之小，用以前的技术无法检测到。

巴斯大学生物化学与生物化学系教授Tony Perry博士说:“这是我们所有人都经历过的生物过程开始的第一次清晰的观察——从一个细胞胚胎阶段过渡到另一个阶段。没有基因组觉醒，发展就会失败，所以这是基本的一步。”

研究小组发现，在单细胞胚胎中被激活的许多基因在4 - 8细胞阶段之前一直处于激活状态，此时它们被关闭。他们写道，他们证实了“受精后的耗尽(母体RNA降解)”。

Perry说:“在早期胚胎中似乎有一种基因转移工作:第一次转移在受精后不久开始，在单细胞胚胎中，第二次转移在八细胞阶段接管。”

在人类受精的时刻，精子和卵子的基因组——它们所有基因的集合——是不活跃的:精子和卵子依赖于它们形成时产生的转录本，以获得调节其特性的指令。

了解基因组觉醒的过程很重要:它是发展拼图的关键部分，有望更好地理解疾病、遗传和不育。科学家们发现一些被激活的基因可能在早期胚胎中发挥作用，但其他基因的作用尚不清楚，它们可能指向胚胎事件，但仍未被很好地理解。

研究小组的发现也揭示了这些基因是如何被激活的。“尽管激活的触发器被认为来自卵子，但它是如何来的尚不清楚;现在我们知道哪些基因与此有关，我们可以定位它们的地址，并利用分子技术来找出答案。”

可能触发基因激活的候选基因包括癌症相关的基因调节因子，如一些众所周知的致癌基因。这使得研究人员推测它们的作用是唤醒单细胞胚胎中的基因。如果这被证明是正确的，研究小组的发现可能阐明引发癌症的事件，提供新的诊断和预防机会。

“如果这是真的，我们应该能够在单细胞阶段看到这种改变的基因激活签名，”Yeo说。

该团队还观察了不发育的不健康的单细胞胚胎，发现它们的许多基因无法激活。异常胚胎曾被用来评估人类遗传基因组编辑的方法，但新的发现表明，它们可能不适合作为一种可靠的测试系统。

 

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