MFN1（Mitofusin 1）作為線粒體外膜融合的關(guān)鍵調(diào)控蛋白,，已被證實(shí)在雄性小鼠精原細(xì)胞分化及雌性小鼠卵泡發(fā)育中發(fā)揮重要調(diào)控作用,。然而,，MFN1在植入前胚胎發(fā)育過程中的具體功能,，以及其與表觀遺傳重編程的潛在關(guān)聯(lián)尚未得到充分闡釋。本研究旨在探究MFN1在小鼠植入前胚胎發(fā)育中的生物學(xué)功能及其分子作用機(jī)制,。
2025年3月17日,，華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院周立全/何西淼/馬冰馨在Advanced Science雜志上發(fā)表題為“Mitofusin 1 drives preimplantation development by enhancing chromatin incorporation of histone H3.3”的研究論文。該研究通過顯微注射技術(shù)結(jié)合IP-MS,、co-IP,、轉(zhuǎn)錄組測序及ChIP-seq測序，闡明了線粒體融合蛋白MFN1調(diào)控小鼠早期胚胎發(fā)育的新機(jī)制,，揭示了MFN1除參與線粒體動力學(xué)調(diào)控外,，還與細(xì)胞質(zhì)晶格蛋白形成復(fù)合物，并通過影響組蛋白H3.3的表達(dá)來調(diào)節(jié)早期胚胎的表觀遺傳修飾,。
在本研究中,，團(tuán)隊(duì)首先對免疫熒光染色結(jié)果及小鼠卵母細(xì)胞和早期胚胎轉(zhuǎn)錄組和翻譯組數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合分析鑒定出MFN1在卵母細(xì)胞成熟和早期胚胎發(fā)育進(jìn)程中持續(xù)表達(dá)。MFN1缺失會引發(fā)一系列發(fā)育異常表型,，包括：GV期卵母細(xì)胞中MFN1缺失導(dǎo)致卵母細(xì)胞成熟障礙,；減數(shù)分裂過程中MFN1缺失影響受精后雄原核形成；MII期卵母細(xì)胞中MFN1缺失引起受精后合子基因組激活（ZGA）活性下降且胚胎發(fā)育阻滯于2細(xì)胞期,；而合子期MFN1缺失則導(dǎo)致早期胚胎發(fā)育停滯在桑椹胚階段,。這些結(jié)果表明MFN1在小鼠早期胚胎發(fā)育中具有重要的生物學(xué)功能。
為進(jìn)一步探究MFN1調(diào)控原核形成及早期胚胎發(fā)育的機(jī)制,，團(tuán)隊(duì)采用免疫共沉淀-質(zhì)譜串聯(lián)（coIP-MS）鑒定出MFN1與細(xì)胞質(zhì)晶格組分PADI6有相互作用,。細(xì)胞擴(kuò)展后染色實(shí)驗(yàn)也顯示MFN1與PADI6在卵母細(xì)胞中具有較強(qiáng)的共定位。結(jié)合H3.3敲低實(shí)驗(yàn),，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步證實(shí),，MFN1缺失通過破壞細(xì)胞質(zhì)晶格結(jié)構(gòu)和核糖體蛋白亞基組裝影響蛋白質(zhì)翻譯活性,，最終導(dǎo)致對翻譯活性敏感的組蛋白H3.3表達(dá)水平下降和雄原核形成障礙。
接下來,，結(jié)合H3.3敲低實(shí)驗(yàn)以及微量細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序,、ChIP-seq測序和分析，發(fā)現(xiàn)MFN1缺失導(dǎo)致染色質(zhì)上H3.3富集顯著減少,。關(guān)于染色質(zhì)分布的分析結(jié)果顯示,，H3.3在基因組上的定位與RNA聚合酶II以及活性組蛋白修飾H3K27ac富集水平呈正相關(guān)。而MFN1缺失和H3.3缺失后胚胎基因組上RNA聚合酶II和H3K27ac的分布明顯減弱,。上述結(jié)果表明,，MFN1通過介導(dǎo)H3.3在活性轉(zhuǎn)錄基因轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)處的沉積，促進(jìn)早期胚胎基因轉(zhuǎn)錄活性,。
最后，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)MFN1小分子激動劑S89的補(bǔ)充可顯著改善母源衰老小鼠早期胚胎中的線粒體功能并提高H3.3蛋白表達(dá)水平,，從而促進(jìn)早期胚胎的發(fā)育,。此外，團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)在人類早期胚胎中,，MFN1蛋白表達(dá)水平與H3.3蛋白表達(dá)水平呈正相關(guān),，且二者表達(dá)水平均隨年齡增長而顯著降低，為解析年齡相關(guān)的早期胚胎發(fā)育缺陷提供了新的研究思路,，具有潛在的生殖臨床應(yīng)用價(jià)值,。
綜上所述，該研究首次提出了MFN1在小鼠早期胚胎發(fā)育中調(diào)控線粒體和細(xì)胞質(zhì)晶格的功能,，促進(jìn)組蛋白H3.3在早期胚胎染色質(zhì)上的摻入,，確保原核正常形成和2細(xì)胞期胚胎順利發(fā)育，并維持早期胚胎發(fā)育程序的精確調(diào)控,。該研究揭示了MFN1在小鼠植入前胚胎發(fā)育過程中非經(jīng)典線粒體融合功能及其參與表觀遺傳重編程的分子機(jī)制,，同時也為MFN1表達(dá)缺失可能介導(dǎo)年齡相關(guān)人類胚胎發(fā)育缺陷的臨床研究提供了新的視角。
華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院生殖健康研究所周立全教授,、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院何西淼教授,、以及附屬同濟(jì)醫(yī)院馬冰馨副研究員為該論文的共同通訊作者。華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院生殖健康研究所2021級博士研究生時小燕為該論文的第一作者,。課題組博士研究生田雨,、碩士研究生王宇帆、博士研究生張奕然對本研究亦有重要貢獻(xiàn),。該課題得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和華中科技大學(xué)學(xué)術(shù)前沿青年團(tuán)隊(duì)支持計(jì)劃的資助,。（通訊員 時小燕）
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