CD | 北京大学乔杰/黄超兰/闫丽盈对人类植入前胚胎发育中的阶段特异性蛋白质组进行功能分析
时间：2023-01-27 21:02:02 热度：37.1℃ 作者：网络
胚胎植入前发育是产生新生命的第一步。通过应用单细胞测序，绘制了人类着床前发育过程中表观基因组和转录组调控的图谱。相比之下，由于传统的质谱分析(MS)缺乏珍贵的人类胚胎样本，对胚胎蛋白质组的研究受到严重限制。
2023年1月24日，北京大学乔杰、黄超兰及闫丽盈共同通讯在Cell Discovery在线发表题为“Functional profiling of stage-specific proteome and translational transition across human pre-implantation embryo development at a single-cell resolution”的研究论文，该研究在单细胞分辨率下对人类植入前胚胎发育中的阶段特异性蛋白质组进行了功能分析。
单细胞蛋白质组学(SCP)技术已经落后于单细胞测序，原因是预处理过程中蛋白质的丢失和MS中肽的不可扩增。在着床前发育阶段，单个细胞的大小从一个卵母细胞的~120µm减少到囊胚中一个卵裂球的~15µm。相应蛋白的数量从100 ng减少到~100 pg。这给人类胚胎蛋白质组学研究带来了巨大的技术挑战。
为了突破技术瓶颈，作者应用了最先进的超高灵敏度质谱技术和纳升级油-气-液滴(OAD)芯片实现了SCP，并能够在人体着床前发育过程中识别单个细胞中的数千种蛋白质。作者在人类早期胚胎发育的7个关键阶段共收集了58个单卵母细胞或卵细胞样本用于蛋白质组分析。根据蛋白质组学分析，作者在单个卵母细胞中鉴定出大约3000种蛋白质。
在胚胎发育过程中，由于细胞快速分裂和细胞大小减小，囊胚单细胞中编码蛋白的数量减少到约1000个。各阶段重复样本的平均相关系数约为0.7，表明重复性好。主成分分析(PCA)和无监督分层聚类表明，样本很好地符合人类胚胎发育的相应阶段，除了三个来自桑葚期胚胎的细胞与相邻的8细胞胚粒聚集在一起外，8细胞胚胎与桑葚胚的蛋白质组学特征具有较高的相似性。
人体着床前发育过程中动态蛋白表达的景观（图源自Cell Discovery ）
正如先前报道的那样，在人类着床前发育过程中，转录组和蛋白质组之间的相关系数也普遍较低。为了进一步描述人类着床前发育的翻译活动，作者揭示了新生蛋白翻译的模式。作者分析了准备翻译的prime-state基因，这些基因在某一阶段表现出较高的mRNA水平，但没有蛋白表达，在下一阶段表现出重新翻译。观察到两次明显的上升。
第一次上升是从受精卵到受精后的2细胞期，第二次上升是从8细胞期到桑葚胚期。这两波数百个蛋白分别在MZT14之前和合子基因组激活(ZGA)之后分别进行了从头转译。因此，前一波从头翻译被定义为由母体mRNA触发的“母体蛋白组激活”(MPA)，可能是MZT的脉冲启动；第二波从头翻译被定义为“合子蛋白质组激活”(ZPA)，由合子基因执行以促进进一步发育。为了验证作者的假设，作者进行了GO分析。MPA蛋白在MZT前参与“RNA聚合酶II转录终止”抑制转录;ZPA蛋白被激活，在ZGA后发挥“翻译起始”作用，以进一步发育。这种从MPA到ZPA的翻译转变确保了人类着床前发育的MZT过程。
目前所知，这是首次在单细胞水平上对人类植入前胚胎的蛋白质组进行调查。对翻译活性的深入研究回答了有关阶段特异性蛋白质表达和蛋白质组学MZT模式的问题。这项对人类胚胎的蛋白质组学研究促进了对人类植入前发育过程中功能蛋白质网络的进一步理解和研究。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41421-022-00491-2
