Live‐cell imaging reveals redox metabolic reprogramming during zygotic genome activation

母子转换 生物 细胞生物学 NAD+激酶 转录组 氧化磷酸化 糖酵解 线粒体 合子 新陈代谢 活体细胞成像 生物化学 基因表达 细胞 基因 胚胎发生 胚胎
作者
Hao Sun,Zhuo Zhang,Tianda Li,Ting Li,Weicai Chen,Tao Pan,Sen Fang,Chao Liu,Ying Zhang,Leyun Wang,Guihai Feng,Wei Li,Qi Zhou,Yuzheng Zhao
出处
期刊:Journal of Cellular Physiology [Wiley]
卷期号:238 (9): 2039-2049 被引量:2
标识
DOI:10.1002/jcp.31054
摘要

Metabolic programming is deeply intertwined with early embryonic development including zygotic genome activation (ZGA), the polarization of zygotic cells, and cell fate commitment. It is crucial to establish a noninvasive imaging technology that spatiotemporally illuminates the cellular metabolism pathways in embryos to track developmental metabolism in situ. In this study, we used two high-quality genetically encoded fluorescent biosensors, SoNar for NADH/NAD+ and iNap1 for NADPH, to characterize the dynamic regulation of energy metabolism and redox homeostasis during early zygotic cleavage. Our imaging results showed that NADH/NAD+ levels decreased from the early to the late two-cell stage, whereas the levels of the reducing equivalent NADPH increased. Mechanistically, transcriptome profiling suggested that during the two-cell stage, zygotic cells downregulated the expression of genes involved in glucose uptake and glycolysis, and upregulated the expression of genes for pyruvate metabolism in mitochondria and oxidative phosphorylation, with a decline in the expression of two peroxiredoxin genes, Prdx1 and Prdx2. Collectively, with the establishment of in situ metabolic monitoring technology, our study revealed the programming of redox metabolism during ZGA.
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