NAR丨孙青原/孟铁刚/欧湘红团队揭示母源因子IRE1α在合子期降解母源RNA新机制

生命之初，受精卵清除来自卵子的母源 mRNA ，并激活自身基因组（合子基因组激活， ZGA ），是胚胎发育的关键步骤 。 母源 - 合子转换（ MZT ） ， 这一过程的失调常导致早期胚胎发育阻滞和不孕。之前的研究中发现 CCR4-NOT ， YAP-TEAD4 等复合物通过调控母源 RNA pol y(A) 的长度，影响 RNA 的稳定性。传统认知中，内质网应激感应蛋白 IRE1α 主要通过其 RNase 结构域剪切 Xbp1 mRNA （ IRE1α-XBP1 通路）或降解特定 RNA （ RIDD ）来应对细胞应激，维持内质网稳态 。 鉴于 IRE1α 的这些功能及内质网及 RNA 降解在受精卵发育中的作用，推测其可能是早期胚胎发育的关键调控因子 。

近日，来自广东省第二人民医院孙青原、孟铁钢和欧湘红团队 的 研究 发现，IRE1α作为关键的母源因子，其RNase活性在受精后直接降解特定的母源mRNA，对早期胚胎发育至关重要，但这一功能完全独立于其经典的内质网应激响应（UPR）通路和IRE1α-XBP1通路。 该研究成果以IRE1α RNase activity is critical for early embryo development by degrading maternal transcripts为题，发表于知名 经典 学术期刊Nucleic Acids Research。

IRE1α 的雌性敲除小鼠（ IRE1α RNase domain 缺失 ， IRE1α -Δ ）完全不育 ，其胚胎发育大部分阻滞在 1 细胞期。对其表达谱验证发现 IRE1α 在 MⅡ 卵母细胞开始表达，并在 1 细胞和 2 细胞 中达到巅峰 。 为了找出 IRE1α 影响早期胚胎发育 的原因 ，研究者对 MⅡ 卵母细胞检测后发现纺锤体组装和转录组水平均没有明显变化， 在 IRE1α-Δ 的合子中 注射野生型 IRE1α mRNA ，胚胎能重新正常发育至囊胚，表明 IRE1α 特异地在合子期发挥 母源因子的 功能。 进一步 深入研究发现，这种发育阻滞并非由于内质网应激水平升高或 IRE1α 缺失激活了替代的 UPR 通路（ PERK 或 ATF6 通路未激活）。这暗示 IRE1α 在早期胚胎中扮演着非经典的、独立于 UPR 的新角色。

RNA 测序（ RNA-seq ）分析显示，在 IRE1α-Δ 的 合子和 2- 细胞期胚胎中，大量本应在受精后降解的母源 mRNA 异常稳定存在，并且 ZGA 受到影响 。 IRE1α-XBP1 经典通路通过调控基因转录发挥功能，然而无论是 IRE1α-K907A （ IRE1α RNase domain dead mutant ）还是 Xbp1s mRNA 都不能挽救 IRE1α-Δ 胚胎阻滞的表型， 这些证据表明， IRE1α 在早期胚胎中的功能依赖于其 RNase 活性，但独立于经典的 IRE1α-XBP1 信号通路 。因此研究者构建了 IRE1α-Flag 基因 敲入 小鼠 模型 ， 并运用 LACE-seq 技术对合子期胚胎进行分析。结果证实 IRE1α 直接结合那些在缺失时稳定积累的母源 mRNA 。体外实验进一步证明， IRE1α 蛋白能够直接切割这些靶 mRNA ，且该切割可被 4μ8c （ IRE1α RNase 抑制剂） 抑制。生物信息学分析发现，这些靶 mRNA 在 IRE1α 结合位点附近存在类似 Xbp1 的 CUGCAG 基序，并形成茎环结构，这很可能是 IRE1α 识别的特征（图2）。研究者还发现， IRE1α 在早期胚胎中的表达并不受内质网压力调控 ， 而 ERK1/2 通路的激活是调控 IRE1α 蛋白翻译的关键开关。

图2 IRE1α直接切割 mRNAs

综上所述 ， 本研究 详细阐述了 IRE1α 作为母源因子，在受精后早期胚胎中直接 结合并 降解特定母源 mRNA 的 机制 。这一功能完全独立于其经典的内质网应激响应角色和 IRE1α-XBP1 通路， 拓展了我们对 IRE1α 生物学功能 的 认知 ，同时也为母源 RNA 降解 机制 提供了新 的认识 。

在该研究中，广东省第二人民医院生殖中心 的 孙青原研究员、孟铁 刚 研究员和欧湘红教授为该论文的共同通讯作者 ；广东省第二人民医院生殖中心的博士后李超、硕士研究生谭永鹏、博士后高迪和苏瑞宝研究员为该论文的 共同 第一作者。

原文链接：https://academic.oup.com/nar/article/53/11/gkaf520/8166792

制版人：十一

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