受精生物學研究組在卵子發生和受精機製研究方麵取得重要進展

  在雌性哺乳動物和人類中,雌性生殖細胞在胎兒期就進入減數分裂,並阻滯在第一次減數分裂前期,外包一層起源於卵巢體細胞的顆粒細胞,共同形成原始卵泡。在雌性動物繁殖過程中,一部分原始卵泡逐漸激活、長大和成熟,最終排卵和受精。在人類,卵母細胞停滯在第一次減數分裂前期可長達十幾年到幾十年,一個月經周期一般有一個卵母細胞恢複減數分裂,同源染色體分離,產生成熟卵子,然後完成受精,並啟動一個新生命。以前受研究手段的限製,這方麵研究相對困難。轉基因小鼠技術和條件基因敲出技術的應用,為研究卵子發生和受精機製提供了可靠的手段。 

  浙江大學範衡宇教授實驗室與必威精装版app西汉姆联 孫青原研究員實驗室合作發現,CRL4蛋白泛素化連接酶複合體在維持哺乳動物卵母細胞存活和受精後重編程過程中發揮重要作用。他們用條件基因敲除方法在小鼠原始卵泡的卵母細胞中特異地敲除了這個連接酶複合體的兩個關鍵成分DDB1VPRBP,發現雌性小鼠完全不育,出現卵巢早衰。VPRBPDNA去甲基化酶TET家族成員直接結合,並激活其去甲基化酶活性。在已經激活的卵母細胞中敲除DDB1VPRBP,雖然不造成卵巢早衰,但是雌性小鼠仍然不育,因為敲除了DDB1VPRBP的卵母細胞由於缺乏TET酶活性,在受精之後不能使精子DNA發生去甲基化,導致胚胎基因組不能及時激活,早期胚胎死亡。該研究工作在1220Science雜誌發表。浙江大學為第一完成單位,浙江大學範衡宇教授與必威精装版app西汉姆联 孫青原研究員為共同通訊作者 (Yu et al., Science, 2013)。 

  最近,受精生物學研究組還通過轉錄組學的方法,發現了一係列與卵母細胞減數分裂恢複與發育能力相關的基因表達(Ma et al., Cell Cycle, 2013a)。除了細胞周期蛋白B以外,細胞周期蛋白O在控製減數分裂阻滯/恢複中也發揮關鍵作用(Ma et al., Biol Reprod, 2013)。利用Cre-loxP 條件敲除技術在卵母細胞中特異敲除Cdc42,引起雌性小鼠不育。進一步研究發現,盡管這些小鼠能夠排卵,但卵子胞質分裂失敗,極體不能排出(Wang et al., Mol Biol Cell)。在染色體分離調節方麵,發現MBTD1Pr-Set7 結合,能夠穩定染色體上的H4K20me1,在調節染色體構型及排列中發揮重要作用Luo et al., Cell Cycle, 2013)。一種新發現的PP2A抑製蛋白SET控製卵母細胞減數分裂染色體分離。SET定位在著絲粒內側,它向動粒的遷移伴隨著染色單體分離;過量表達SETβ能夠導致姐妹染色單體發生提前分離(Qi et al., J Cell Sci 2013)。由於在本領域的係列工作,受邀為重要國際期刊撰寫綜述論文(Qiao et al., Mol Aspects Med 2013)。 

  研究組還通過兩種轉基因小鼠,一種為攜帶有紅色熒光蛋白標記線粒體的雄鼠,一種為攜帶有綠色熒光蛋白標記自噬體的雌鼠,揭示了線粒體母係遺傳的新機製。研究發現自噬並沒有參與受精後精子線粒體的降解清除,維係線粒體母係遺傳的機製主要是受精前精子線粒體DNA被清除,以及受精後精子線粒體在早期胚胎發育中不均勻分布所致(Luo et al., PNAS, 2013)。論文發表後,受邀撰寫了短篇綜述(Luo et al., Autophagy, 2013)。 

  在環境對卵子和胚胎發育影響研究方麵,揭示了DNA 損傷對卵子成熟能力和早期胚胎卵裂球發育能力的影響,發現DNA 損傷的卵裂球最終被排除,而不參與胚胎發育(Ma et al., Cell Cycle, 2013b Wang et al., Cell Cycle, 2013)。研究組利用STZ誘導的糖尿病小鼠模型和非肥胖糖尿病小鼠模型(NOD),研究了母源糖尿病對卵子中印跡基因DNA甲基化模式的影響。發現母源印跡基因Peg3 DMR區甲基化模式以時間依賴的方式發生了改變。雖然胚胎發育也受到了母源糖尿病的不利影響,但是在糖尿病小鼠所生後代卵子中並沒有觀察到明顯的印跡異常(Ge et al., Biol Reprod, 2013)。此外,利用高脂飼料飼喂的肥胖小鼠中,卵母細胞中印跡基因甲基化沒有受到影響,但代謝相關基因的甲基化在卵子及後代卵子及肝髒中都出現了異常(Ge et al.,Environ Health Perspect, 2013)。Science DailyMedical News Today等對相關工作進行了報道。 

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