朱冰研究组与合作者发现新的早期胚胎mRNA poly(A)尾调控机制

　　

　　哺乳动物胚胎发育早期缺少显著的基因转录活性，蛋白质合成所需的mRNA模板主要由卵子储备的母源mRNA提供。母源mRNA在卵子向胚胎转换(oocyte to embryo transition, OET)过程中，mRNA的poly(A)尾长度与其翻译活性高度偶联，poly(A)的长度调控是早期胚胎实现选择性蛋白翻译的重要机制。然而，母源mRNA poly(A)尾长短的决定与维持机制均不明确。

　　2025年1月2日，中国科学院生物物理研究所朱冰研究组与中国科学院遗传与发育研究所陆发隆研究组在《Nature?Communications》期刊在线发表了题为"MARTRE family proteins negatively regulate CCR4-NOT activity to protect poly(A) tail length and promote translation of maternal mRNA"的研究工作。该研究揭示了一种早期胚胎母源mRNA poly(A)尾保护机制。

　　研究团队在前期对比小鼠的类2细胞胚胎细胞（2CLC）与胚胎干细胞（ESC）的mRNA降解速率，发现在2CLC中mRNA的整体稳定性升高，推测2CLC具有其独特的mRNA降解调控机制。通过鉴定poly(A)去腺苷化酶CCR4-NOT复合体的结合蛋白，鉴定到一个选择性在2CLC中表达的poly(A)尾调控因子，并将其命名为MARTRE1。细胞与体外生化实验表明，MARTRE1是CCR4-NOT复合物的抑制因子；在细胞中表达MARTRE1能减缓poly(A)尾的缩短速率，同时提升了mRNA稳定性。

　　同源序列分析发现Martre1属于一个之前未被充分注释与研究的基因家族，研究团队将该基因家族命名为Martre。Martre基因家族成员仅在小鼠卵子及早期胚胎合子基因组激活阶段表达。通过构建与研究Martre基因家族全敲除的小鼠模型，团队发现Martre敲除小鼠的早期胚胎发育延缓。结合转录组、蛋白质翻译组以及三代测序分析mRNA的poly(A)尾长度，团队揭示MARTRE蛋白在早期胚胎中保护了长尾的mRNA免受过度的去腺苷酸化，从而保障了母源mRNA的翻译效率。

　　以往已报道了多个CCR4-NOT去腺苷化酶适配蛋白（如BTG4、ZFP36L2），这些因子在哺乳动物早期胚胎的OET过程中，负责招募CCR4-NOT复合物并促进母源mRNA的选择性降解。本工作鉴定到首个哺乳动物OET阶段的CCR4-NOT复合物抑制因子，为理解早期胚胎发育的母源控制机制提供了新的视角。通过保护翻译的mRNA免受去腺苷酸化，可以保障早期胚胎利用有限母源mRNA实现持续的高效翻译，这可能是各物种在早期发育期间调控母源基因翻译的普遍策略之一。

图：早期胚胎发育过程中RNA poly(A)尾调控机制

　　中国科学院生物物理研究所李颖峰副研究员、朱冰研究员和中国科学院遗传与发育研究所陆发隆研究员为论文的共同通讯作者，朱冰研究组杨静博士后和卜佳晨助理研究员是论文的共同第一作者。东北林业大学刘玉胜教授参与了合作研究。该研究得到国家自然科学基金、中国科学技术部、中国科学院、新基石科学实验室和中国科学院青年创新促进会的资助。

　　文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-55610-2

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（供稿：朱冰研究组）

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