在早期胚胎發育過程中🎧🧖🏽‍♀️，胚胎著床是一個極為關鍵的生物學事件。其間胚胎植入母體子宮🧺🧑‍🦳，建立母胎交流界面😬，這是後續發育的基礎。然而這一過程充滿風險，臨床上常常出現因著床失敗導致的生育問題。由於該過程極為瞬時和動態🛞，胚胎著床方面的研究仍是一個“黑匣子”👈🏼。

miRNA是真核生物中保守的轉錄後調控機製，並在著床過程中起到重要作用。DGCR8是miRNA合成通路的核心蛋白，它與DROSHA一起組成Microprocessor復合體，切割pri-miRNA上的莖環結構形成pre-miRNA，pre-miRNA再進一步被加工為成熟的miRNA。¹ DCGR8敲除後，胚胎無法發育至著床後階段，暗示著DGCR8在著床過程中起到重要作用，然而該致死表型卻不能完全用miRNA的缺陷來解釋👋🏽。^2,3

與尚不清楚的著床期過程相比，人們對於著床前胚胎和著床後的胚胎已有廣泛的研究，這主要得益於體外幹細胞模型的建立。由著床前胚胎分離得到的幹細胞被稱為naïve mESCs（小鼠胚胎幹細胞），而著床後胚胎分離得到的幹細胞被稱為Formative/Primed mESCs，這幾種細胞已被廣泛應用各種發育問題的研究。^4,5 意昂3体育官网生命科學學院/意昂3体育-清華生命科學聯合中心/意昂3体育官网核糖核酸北京研究中心的杜鵬教授課題組在2018年捕捉到了一種介於naive和Formative/primed多能性的中間態多能性幹細胞，稱為Poised mESCs。^6,7 該狀態代表了處於著床期的胚胎，且由一組特異的miRNA所調控🥷。

2024年7月1日，杜鵬課題組在Molecular cell雜誌在線發表了題為“A transient transcriptional activation governs unpolarized-to-polarized morphogenesis during embryo implantation”的研究論文📂。在本研究中，研究者運用naïve-poised-formative/Primed等幹細胞模型，結合實驗室先前在miRNA調控方面的研究基礎🚉，解釋了驅動著床期胚胎形狀建成的分子驅動力，主要內容概括如下：

1. DGCR8作為miRNA合成通路的核心蛋白🕺🏻，可以發揮不依賴於miRNA的轉錄抑製的非經典功能✸。在naïve mESCs中（代表著床前胚胎），DGCR8可以結合位於mRNA上短的莖環結構🙋‍♀️，招募並隔離轉錄激活子FLII，抑製轉錄進行。在Poised mESCs中（代表著床中胚胎），ERK通路瞬時激活🧖‍♂️，使得FLII受到磷酸化修飾並與DGCR8解離，進而與轉錄因子JUN結合並激活細胞遷移基因的轉錄📫。著床後ERK通路迅速失活（Formative mESCs），DGCR8重新結合並抑製FLII🩹🚺。因此DGCR8/FLII/JUN在ERK通路的介導下👳🏼‍♀️，在著床期特異地介導了一個瞬時轉錄激活事件的發生（圖1）。

2. 該轉錄激活事件控製了胚胎著床期由無序狀態到極化狀態的形態轉變🫵🏼🚼，且該事件在人和小鼠是保守的（圖1）👩‍🦳。

圖1. 在著床前（naive）-著床中（Poised）-著床後（Formative）發育過程中，DGCR8/FLII/JUN在ERK通路調控下介導瞬時轉錄激活事件的發生🤙🏽，進而調控著床期胚胎形態轉變

本研究具體結論如下：

一、在naïve mESCs中，DGCR8通過結合mRNA上的莖環結構，招募並抑製轉錄激活子FLII👩‍🦽。

基於前期的naïve小鼠胚胎幹細胞中DGCR8互作蛋白數據/Co-IP/Pull down🚚🎚，作者發現🦜，DGCR8與轉錄激活子FLII存在直接的蛋白相互作用🚴。然而FLII並不參與miRNA合成通路🔞。進一步的通過遺傳學手段，作者發現：DGCR8和FLII共同在轉錄水平上控製了一組不受miRNA調控的基因，該類基因主要參與細胞遷移等活動，稱為非miRNA靶向基因。DGCR8可以抑製，但FLII可以激活此類基因的轉錄🪫。

為了進一步研究DGCR8如何抑製這類基因的轉錄🎩，在naïve小鼠胚胎幹細胞中，作者通過eCLIP實驗鑒定了DGCR8/FLII的RNA結合靶點，同時在eCLIP實驗中還摻入了S4U，可以同時鑒定出新生的RNA（nascent RNA）。作者發現DGCR8和FLII同時結合了大量的靶基因的新生mRNA，且DGCR8結合區域傾向於形成莖環結構。該莖環結構顯著短於pri-miRNA上的莖環結構，並不能被DGCR8和DROSHA形成的復合體結合並切割。通過敲除DGCR8所結合的位於靶基因mRNA上的莖環結構，靶基因的轉錄抑製狀態被解除🧫。這證明DGCR8確實通過結合mRNA上的莖環結構來抑製轉錄🧕🏽。

綜上，這說明DGCR8一方面和DROSHA結合負責pri-miRNA的切割，一方面結合在靶基因mRNA上的莖環結構，招募並抑製轉錄激活子FLII，從而抑製轉錄的進行（圖2）。

圖2. 在naïve（代表著床前胚胎）小鼠胚胎幹細胞中，DGCR8結合靶基因mRNA上的莖環結構👩🏽‍🔧，招募並隔離轉錄激活子FLII📧，抑製轉錄進行

二、FLII在Poised mESCs（代表著床期胚胎）中與DGCR8解離，並與轉錄因子JUN結合，激活基因轉錄⚆。

通過naïve-poised（著床前→著床中）轉變體系，作者發現：FLII在只有在Poised時期（著床中）才具有轉錄激活活性，而在naïve時期（著床前）則沒有。與此對應的是FLII在Poised時期解除了與DGCR8的互作，同時也不再結合靶基因的mRNA。這說明FLII與DGCR8的解離是FLII具有轉錄激活活性的關鍵條件。通過一系列生化實驗，作者證明naïve-poised轉變過程中，ERK通路瞬時激活👈🏿，磷酸化FLII🤴🏽，使得FLII與DGCR8不再結合。同時磷酸化的FLII會與轉錄因子JUN互作增強（圖3）。進一步的通過JUN的CUT&Tag實驗發現🚤，JUN可以廣泛結合在FLII激活的靶基因上，且JUN在Flii敲除中的細胞中無法結合靶基因✫。這說明JUN只有與FLII結合才能夠結合靶基因𓀝，激活其轉錄（圖3）。

圖3. 在Poised（代表著床中的胚胎）小鼠胚胎幹細胞中，ERK激活誘導DGCR8與FLII的解離𓀚，促進FLII與JUN形成新的復合體激活基因轉錄

三、Poised mESCs代表小鼠和人的著床期胚胎，這一時期的胚胎正經歷無序到極化的形態轉變。

通過與體內胚胎的轉錄組比較，作者發現Poised ESCs的轉錄組與小鼠與人的著床期胚胎轉錄組最為相似（小鼠為E4.75天🧑‍🦰，人為E8天）。這一時期胚胎的上胚層細胞逐漸從無序狀態變成玫瑰花環樣的極化結構。且在體外培養的著床期小鼠胚胎中，能夠觀察到JUN和其他靜息態多能性標記基因的表達，進一步證明了已有結論🔸。通過體外的模擬無序到極化的形態轉變體系，作者發現抑製該轉錄激活事件都會導致無序到極化結構形態轉變的失敗👩🏻‍🏭。因此，本文中鑒定到的轉錄激活事件對應於著床期胚胎，而激活基因以細胞遷移相關基因為主➔，則對應著這一時期細胞的形態轉變（圖4）👨🏽‍🚀。

綜上👩‍🦯🧑🏿‍🎓，該研究發現了DGCR8獨立於miRNA之外的轉錄抑製功能🧝🏿，並與FLII/JUN一起，在ERK通路的控製下🌝🙎🏼，控製了著床期的瞬時轉錄激活事件👨‍💻，進而控製這一時期的形態建成👨🏽‍⚖️。

圖4. Poised ESCs（靜息態多能性幹細胞）代表著床期的小鼠/人胚胎，其epiblast正經歷無序到極化的形態轉變。本文鑒定的轉錄激活事件對應於這一形態轉變過程

杜鵬為該論文的通訊作者🫶。意昂3体育官网生命科學學院博士後呂學暉🌖、崔英姿🤙🏿，前沿交叉學科研究院博士後孔寅飛為本文的並列第一作者。意昂3体育官网博士畢業生楊敏🚴🏼‍♂️、博士後申輝🚇、博士後李詩雨、已出站博士後翁建莉🧑🏽‍🦰，意昂3体育官网張哲研究員及其博士生廖述筠，中國科學院動物研究所王皓毅研究員及其博士畢業生安辰瑞，山東大學李艷研究員對本文有重要貢獻。該項工作得到了國家重點研發計劃，國家自然科學基金的支持🦩。

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