2023年7月17日，金沙js4399首页颉伟研究组与宾夕法尼亚大学 Richard M. Schultz课题组合作，在《自然》期刊以长文形式报道了题为《OBOX调控小鼠合子基因组激活以及早期胚胎发育》（OBOX regulates murine zygotic genome activation and early development）的研究论文，该研究发现OBOX家族是调控小鼠合子基因组激活的关键转录因子，为哺乳动物合子基因组领域研究提供了新的研究方向，是该领域里的重要突破。
受精卵激活自身基因组是个体生命中的第一次转录事件，称为合子基因组激活（zygotic genome activation，ZGA）。刚受精的胚胎存在全基因组沉默的现象，之后子代逐渐脱离对母源因子的依赖，并在特定的发育时间点激活基因组来启动胚胎发育程序。2008年，科学家发现ZELDA是果蝇合子基因组关键启动因子。2013年研究人员发现NANOG,SOXB1和POU5F1是斑马鱼中关键转录因子。然而，哺乳动物中合子基因组启动关键转录因子长期以来一直不明确。2022年颉伟课题组和陈子江/赵涵课题组报道TPRX是人类胚胎ZGA的重要转录因子(Zou et al., Science, 2022)，然而该因子是否在不同物种中保守仍不清楚。
通过颉伟实验室前期开发的超灵敏早期胚胎翻译组学数据(Xiong et al., Nature cell biology, 2022)与开放染色质组学数据(Wu et al., Nature, 2016)的联合分析，研究者发现人类TPRX家族在小鼠中的功能同源家族OBOX家族在卵母细胞、一细胞和二细胞胚胎中表达非常丰富，同时OBOX的结合序列（motif）在小鼠胚胎ZGA时期的开放染色质中高度富集，提示OBOX可能对小鼠ZGA具有重要功能。有趣的是，OBOX是有一个具有66个家族成员/拷贝的庞大家族。这个家族和TPRX都来源于同一个祖先基因CRX，但在小鼠和人中平行演化(Maeso et al., 2016; Wilming et al., 2015; Zhong and Holland, 2011)。通过构建Obox敲除小鼠，研究者发现OBOX母源-合子纯和敲除（mzKO）无法产生后代，胚胎阻滞在二到四细胞阶段。进一步研究发现OBOX mzKO胚胎ZGA无法正常发生，在敲除胚胎中回补Obox能够挽救ZGA和胚胎发育，证明OBOX是调控小鼠ZGA的必要转录因子。此外，在小鼠胚胎干细胞中过表达OBOX能够激活部分小鼠ZGA基因，证明OBOX是这些基因表达的充分条件。
图1. Obox家族敲除导致胚胎2-4细胞阻滞和合子基因组无法正常启动。
该研究进一步探索了OBOX是如何调控小鼠ZGA的。利用颉伟实验室开发的检测蛋白-DNA相互作用的超灵敏测序技术STACC-seq (Liu et al., Nature, 2020)，研究者发现OBOX比RNA聚合酶II更早定位在ZGA基因启动子或增强子上。同时RNA聚合酶II的“预配置”（pre-configuration）在OBOX mzKO胚胎中无法正常进行，导致ZGA基因无法被正常激活。同时，部分基因被异常激活，提示OBOX在ZGA时期能够帮助RNA聚合酶II结合到正确靶基因上，保证ZGA正常进行。
图2. OBOX帮助RNA聚合酶II结合到正确靶基因上，保证ZGA正常进行。
综上所述，通过分析小鼠早期胚胎翻译组数据与开放染色质图谱，结合遗传学手段和一系列微量染色质检测技术，颉伟实验室和Richard M. Schultz实验室首次发现OBOX家族是调控小鼠合子基因组激活的核心因子，为哺乳动物ZGA领域研究打开新的大门。
金沙js4399首页颉伟教授与宾夕法尼亚大学Richard M. Schultz教授为本文的通讯作者，金沙js4399首页生命科学联合中心博士后嵇姝妍、陈凤玲，美国NIH再生与发育生物学实验室研究员Paula Stein，金沙js4399首页生命科学联合中心2021级博士研究生王嘉程、周子茗以及颉伟实验室科研助理王利娟为共同第一作者。颉伟实验室赵晴(前科研秘书)和林自力（前博士后，现为北京农学院副教授）为共同第二作者。美国NIH再生与发育生物学实验室资深研究员Carmen J. Williams为本研究提供了重要帮助。该课题得到了金沙js4399首页实验动物中心和金沙js4399首页生物计算中心的支持。该研究获得了国家自然科学基金会、国家科技部重点研发计划、清华-北京生命科学中心的经费支持。颉伟教授是HHMI国际研究学者和新基石研究员。
