用CRISPR技术揭开Dux-MERVL在细胞多能性与死亡中的作用

转座元件（TEs）是一类可在基因组中移动的重复DNA序列，其中内源性逆转录病毒（ERV）占哺乳动物基因组的8%-10%。尽管TE激活可能引发DNA损伤或突变，但其携带的顺式调控元件对基因表达网络至关重要，尤其在早期胚胎发育中。小鼠2细胞（2C）胚胎中，MERVL元件会特异性激活并迅速沉默，其长末端重复序列（LTR）可驱动2C特异性基因表达，与合子基因组激活（ZGA）和胚胎发育相关。先锋转录因子Dux能强效激活MERVL并诱导胚胎干细胞（ESCs）进入2C样细胞状态，但Dux敲除胚胎仍可存活，且Dux持续激活会导致细胞毒性，二者关系及功能亟待阐明。

本研究借助CRISPR激活（CRISPRa）系统，在带有2C-GFP/CD4报告基因的ESCs中分别激活Dux或MERVL，结合RNA测序、细胞分选和功能实验，解析二者在ZGA、全能性特征及细胞毒性中的作用。结果显示，MERVL激活可驱动部分Dux依赖的转录组，包括部分2C特异性基因和ERV元件，足以使细胞获得更广泛的命运潜能（如同时贡献于胚胎内和胚胎外谱系），但无法实现所有全能性特征（如染色中心解聚）。

另一方面，Dux诱导的细胞毒性与MERVL无关，其机制涉及促凋亡因子Noxa的直接激活。在小鼠ESCs中，Dux通过结合Noxa启动子上游位点使其表达上调，导致细胞凋亡；这一机制在人类中保守，DUX4（Dux同源物）在面肩肱型肌营养不良症（FSHD）患者的肌肉细胞中也会激活NOXA，与疾病病理相关。

综上，本研究揭示了Dux-MERVL转录网络的复杂性：MERVL是2C样状态的部分但关键特征，为细胞全能性潜能所必需；而Dux的毒性作用独立于MERVL，Noxa是其介导细胞凋亡的新因子。该发现为理解早期胚胎发育调控及Dux/DUX4相关疾病机制提供了新视角。