母性から接合子への移行
胚発生の段階

母性から接合子への移行（MZT ）は、胚ゲノム活性化とも呼ばれ、胚発生において、発生が母性（卵子）ゲノムではなく接合子 ゲノムの排他的制御下に入る段階である。卵子には、 MZTが始まるまで胚発生を制御するmRNAの形で保存された母性遺伝物質が含まれる。MZT後は、二倍体胚が遺伝的制御を引き継ぐ。[1] [2]これには、接合子ゲノム活性化（ZGA）と母性産物の分解の両方が必要である。このプロセスが重要なのは、新しい胚ゲノム が初めて利用され、父性ゲノムと母性ゲノムが組み合わせて使用​​される（つまり、異なる対立遺伝子が発現する）ためである。接合子ゲノムが胚発生を推進するようになった。

MZTはしばしば中胚葉移行（MBT）と同義語だと考えられるが、実際にはこれらの過程は異なる。[3]しかし、多くの後生動物ではMBTはZGAとほぼ同時に起こるため[ 4]、いくつかの共通の制御特性を共有している可能性がある。例えば、両方の過程は核細胞質比によって制御されると提案されている。[5] [6] MBTは厳密には、胚葉形成の直前に起こる細胞周期と細胞運動性の変化を指す。[3] [4]胚発生の初期の卵割段階では、急速な分裂が同期して起こり、細胞周期に「ギャップ」段階はない。[3]これらの段階では、接合子ゲノムからのmRNAの転写はほとんどまたは全く行われないが[ 5]、接合子転写はMBTの発生には必要ではない。[3]初期卵割中の細胞機能は主に母体産物（卵形成中に卵子に寄与されたタンパク質とmRNA）によって実行されます。

接合子ゲノム活性化

胚発生過程における母性mRNAと接合子mRNAのレベルの推移を示す一般図。母性から接合子への移行（MZT）は、接合子遺伝子が活性化され、母性転写産物が除去される期間である。Schier (2007) に準じる。

接合子遺伝子の転写を開始するには、胚はまず確立されたサイレンシングを克服する必要がある。このサイレンシングの原因は、抑制につながるクロマチン修飾、適切な転写機構の欠如、または短縮された細胞周期のために有意な転写が起こることができる時間の不足など、いくつかの要因による可能性がある。 [7]最初の方法の証拠は、核細胞質比が接合子転写の活性化に役割を果たすことを示すニューポートとキルシュナーの実験によって提供された。[5] [8]彼らは、一定量のリプレッサーが卵子にパッケージ化されており、各細胞周期でDNAが指数関数的に増幅されることによって、適切な時期にリプレッサーの滴定が行われると示唆している。確かに、過剰なDNAが導入されたアフリカツメガエルの胚では、転写がより早く始まる。[5] [8]最近では、ショウジョウバエの遺伝子サブセットの転写が半数体胚において1細胞周期遅延するという証拠が示されています。[9]抑制の2つ目のメカニズムも実験的に検討されています。Prioleauらは、アフリカツメガエル卵母細胞にTATA結合タンパク質（TBP）を導入することで、転写の阻害を部分的に克服できることを示しました。[10]細胞周期の短縮が転写抑制を引き起こすという仮説は、有糸分裂によって転写が停止するという観察によって裏付けられています。 [11] 哺乳類の胚における遺伝子制御ネットワークの開始メカニズムとして一般的に受け入れられているのは、MZTの複数波の発生です。マウスでは、最初の波は接合子で発生し、そこでいくつかの先駆的な転写因子の発現が下流の標的遺伝子の発現を徐々に増加させます。この遺伝子誘導が、2つ目の主要なMZTイベントにつながります。[12]

母体転写産物の消去

母親由来の遺伝子産物が発生に寄与しないようにするには、母親が供給するmRNAを胚で分解する必要がある。ショウジョウバエの研究では、母親由来の転写産物の3' UTRにある配列が、その分解を媒介することが示されている[13]。これらの配列は、転写産物の不安定化または分解を引き起こす制御タンパク質によって認識される。ゼブラフィッシュとアフリカツメガエルの両方における最近の研究では、母親由来の転写産物の分解におけるマイクロRNAの役割の証拠が見つかっている。ゼブラフィッシュでは、マイクロRNAのmiR-430が接合子 転写の開始時に発現し、数百のmRNAを脱アデニル化および分解の標的とする。これらの標的の多くは、母親に発現する遺伝子である。 [14]同様に、アフリカツメガエルでは、miR-430の相同遺伝子であるmiR-427が、母親由来のmRNAを脱アデニル化の標的とすることが示されている。具体的には、miR-427の標的にはサイクリンA1やサイクリンB2などの細胞周期調節因子が含まれる。[15]

参考文献

  1. ^ Lee MT, Bonneau AR, Takacs CM, Bazzini AA, DiVito KR, Fleming ES, Giraldez AJ (2013年11月). 「Nanog、Pou5f1、およびSoxB1は母体から接合子への移行期に接合子遺伝子の発現を活性化する」Nature . 503 (7476): 360–4 . doi :10.1038/nature12632. PMC  3925760. PMID  24056933 .
  2. ^ Schulz KN, Harrison MM (2019年4月). 「接合子ゲノム活性化を制御するメカニズム」. Nat Rev Genet . 20 (4): 221– 234. doi :10.1038/s41576-018-0087-x. PMC 6558659. PMID  30573849 . 
  3. ^ abcd Baroux C, Autran D, Gillmor CS, et al. (2008). 「動物と植物における母性から接合子への移行」Cold Spring Harb Symp Quant Biol . 73 : 89–100 . doi : 10.1101/sqb.2008.73.053 . PMID  19204068.
  4. ^ ab Tadros W, Lipshitz HD (2009). 「母性から接合子への移行：二幕の劇」. Development . 136 (18): 3033–42 . doi : 10.1242/dev.033183 . PMID  19700615.
  5. ^ abcd Newport J, Kirschner M (1982). 「 アフリカツメガエル初期胚における主要な発生的遷移：I. 中胚葉期における細胞変化の特徴と時期」. Cell . 30 (3): 675–86 . doi :10.1016/0092-8674(82)90272-0. PMID  6183003. S2CID  24114437.
  6. ^ Pritchard DK, Schubiger G (1996). 「ショウジョウバエ胚における転写活性化は核細胞質比によって媒介される緩やかなプロセスである」. Genes Dev . 10 (9): 1131–42 . doi : 10.1101/gad.10.9.1131 . PMID  8654928.
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  8. ^ ab Newport J, Kirschner M (1982). 「 アフリカツメガエル初期胚における主要な発生的遷移：II. 転写開始の制御」. Cell . 30 (3): 687–96 . doi :10.1016/0092-8674(82)90273-2. PMID  7139712. S2CID  25235449.
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  11. ^ Shermoen AW, O'Farrell PH (1991). 「細胞周期の有糸分裂による進行は新生転写産物の中断につながる」. Cell . 67 (2): 303–10 . doi :10.1016/0092-8674(91)90182-X. PMC 2755073. PMID 1680567  . 
  12. ^ 薛、志剛;ファン、ケビン。カイ、チャオチャオ。蔡、嶺波。ジャン、チュンヤン。フォン、ユン;劉鎮山。曾、喬。チェン、ライミン。サン、イー・イー。リュウ・ジアイン。ホーバス、スティーブ。范、国平（2013）。 「単一細胞 RNA 配列決定によって明らかにされたヒトおよびマウスの初期胚の遺伝的プログラム」。自然。500 (7464): 593–597。Bibcode :2013Natur.500..593X。土井：10.1038/nature12364. PMC 4950944。PMID  23892778。 
  13. ^ Tadros W, Lipshitz HD (2005). 「発生の舞台設定：ショウジョウバエにおける卵母細胞の成熟と卵子活性化中のmRNA翻訳と安定性」Dev Dyn . 232 (3): 593– 608. doi : 10.1002/dvdy.20297 . PMID  15704150.
  14. ^ Giraldez AJ, Mishima Y, Rihel J, Grocock RJ, Van Dongen S, Inoue K, Enright AJ, Schier AF (2006). 「ゼブラフィッシュmiR-430は母体mRNAの脱アデニル化とクリアランスを促進する」. Science . 312 (5770): 75–9 . Bibcode :2006Sci...312...75G. doi : 10.1126/science.11 ​​22689. PMID  16484454. S2CID  5529357.
  15. ^ Lund E, Liu M, Hartley RS, Sheets MD, Dahlberg JE (2009). 「アフリカツメガエル胚におけるmiR-427を介した母系mRNAの脱アデニル化」. RNA . 15 (12): 2351–63 . doi :10.1261/rna.1882009. PMC 2779678. PMID 19854872  . 
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