SCMC在早期胚胎發(fā)育中調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的研究進(jìn)展,生理學(xué)論文

SCMC在早期胚胎發(fā)育中調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的研究進(jìn)展,生理學(xué)論文在卵母細(xì)胞生長發(fā)育、受精、早期胚胎發(fā)育和合子基因激活乃至胚胎植入等經(jīng)過中，需要產(chǎn)生大量的轉(zhuǎn)錄因子和蛋白質(zhì)，而這些物質(zhì)主要依靠原有的儲存在卵母細(xì)胞中的卵源性物質(zhì)〔由母源效應(yīng)基因表示出產(chǎn)生〕.已有研究表示清楚，母源效應(yīng)因子復(fù)合體〔Subcorticalmaternalcomplex,SCMC〕能夠調(diào)控小鼠早期胚胎發(fā)育，其缺失會(huì)導(dǎo)致胚胎在2細(xì)胞階段發(fā)生阻滯。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，該復(fù)合體主要位于胞質(zhì)網(wǎng)格〔Cyto-plasmiclattices,CPLs〕中，并且能夠調(diào)控其構(gòu)成。筆者綜述了SCMC在早期胚胎發(fā)育中調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的研究進(jìn)展，以期為SCMC調(diào)控胚胎發(fā)育機(jī)制的研究提供一定的參考。1SCMC研究歷程母源效應(yīng)基因是指其產(chǎn)物固然對卵母細(xì)胞發(fā)育、成熟以及排卵和受精的影響不大，但是對后續(xù)的胚胎基因組激活起著必不可少的作用的一類基因，缺乏該基因的表示出會(huì)阻礙早期胚胎的進(jìn)一步發(fā)育[1].在胚胎基因組激活以前，卵母細(xì)胞中儲存了大量的促進(jìn)早期胚胎發(fā)育經(jīng)過中翻譯功能的核糖體。已有研究表示清楚，在兩棲類和線蟲中其合子基因一般至少要在發(fā)生第12次卵裂以后才會(huì)激活〔一般少于10h〕.但是，在哺乳動(dòng)物中至少需要等待2~4d合子基因才會(huì)激活，一般而言小鼠中在第1次卵裂后，在人、牛和綿羊中一般在發(fā)生2~3次卵裂后[2].盡管對于哺乳動(dòng)物卵母細(xì)胞保存大量的核糖體的機(jī)制還不是很清楚，但已有研究表示清楚小鼠中75%~80%的核糖體在排卵時(shí)不會(huì)構(gòu)成多核糖體，也不會(huì)在體外立即介入蛋白質(zhì)的合成[3].已有研究表示清楚，這些沒有激活的核糖體實(shí)際上在卵母細(xì)胞中介入構(gòu)成胞質(zhì)網(wǎng)格〔Cytoplasmiclattices,CPLs〕,構(gòu)成包含有大量蛋白質(zhì)和RNA纖維狀的基質(zhì)。另外，已有研究發(fā)現(xiàn)核糖體與CPLs的構(gòu)成存在聯(lián)絡(luò)，核糖體數(shù)量的減少會(huì)引起CPLs數(shù)量的增加[4].進(jìn)一步研究也已證實(shí)，根據(jù)rRNA的數(shù)量推算應(yīng)該有2/3的核糖體存在于卵母細(xì)胞中，但是在超微構(gòu)造下卻完全沒有觀察到核糖體[5].此后，有人觀察到CPLs纖絲中包含大量的高電子密度的核糖體大小顆粒，講明丟失的這些核糖體實(shí)際上聚集在CPLs內(nèi)[4].進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，與體細(xì)胞中的核糖體需要至少100000g的離心力離心1h以上才能分離到不同，卵母細(xì)胞中70%的核糖體僅需要9000g的離心力離心5min即可分離到，由此可見卵母細(xì)胞中的核糖體以1種超大分子構(gòu)造聚集在一起[6].同時(shí)，也有研究發(fā)現(xiàn)這些胞質(zhì)網(wǎng)格中也包含中間纖維如角蛋白，據(jù)此揣測這些細(xì)胞骨架構(gòu)造為卵母細(xì)胞構(gòu)成一個(gè)特殊的細(xì)胞骨架原件提供了條件[7].近期研究表示清楚在CPLs中存在母源效應(yīng)因子復(fù)合體〔Subcorticalmaternalcomplex,SCMC〕,而且進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)主要有FLOPED〔Factorlocatedinoocytespermittingembryonicdevelopment〕、MATER〔Maternalantigenthatembryorequires〕和TLE6〔Transducin-likeenhancerofsplit6〕互相作用以及僅與MATER作用的Filia也稱之為KHDC3〔KHdomaincon-tainingprotein3〕共同構(gòu)成[8].研究發(fā)現(xiàn)，盡管SCMC復(fù)合體轉(zhuǎn)錄和翻譯獲得蛋白在卵母細(xì)胞減數(shù)分裂和排卵經(jīng)過中不斷降解，但是在早期胚胎發(fā)育階段仍然存在。在胚胎發(fā)育階段，SCMC處于卵裂球之間的以外的區(qū)域，到桑椹胚和囊胚階段逐步分布在胚胎的外周。FLOPED基因，也稱為Ooep基因，其基因的mRNAs僅在生長發(fā)育的卵母細(xì)胞中存在，但其蛋白產(chǎn)物在發(fā)育到囊胚的階段一直存在。該基因敲除小鼠的卵母細(xì)胞能夠正常生長發(fā)育〔如進(jìn)行減數(shù)分裂、成熟和受精等〕,但其胚胎由于沒有改變蛋白的作用會(huì)在2-細(xì)胞胚胎階段發(fā)生阻滯[8].同樣也有研究發(fā)如今小鼠胚胎干細(xì)胞中高表示出，利用打靶突變的方式方法研究發(fā)現(xiàn)Floped基因在非分化培養(yǎng)條件下對維持胚胎干細(xì)胞的特性不是必不可少的，但是該基因的缺失在分化培養(yǎng)條件下會(huì)加快胚胎干細(xì)胞分化的進(jìn)程。2SCMC復(fù)合體的構(gòu)造及功能母源效應(yīng)因子復(fù)合體〔Subcorticalmaternalcomplex,SC-MC〕,由FLOPED、MATER和TLE6互相作用以及僅與MA-TER作用的Filia也稱之為KHDC3共同構(gòu)成?！?〕FLOPED蛋白定位在卵巢和卵母細(xì)胞中。研究發(fā)現(xiàn)，小鼠Floped蛋白分子量為18kD,含有164個(gè)氨基酸，是SCMC復(fù)合體中分子量最小的蛋白，含有1個(gè)單獨(dú)的含有70個(gè)氨基酸的KH〔hnRNAKhomology〕區(qū)域，它的多聚體與單鏈核酸有關(guān)[9].但是，人類的Floped蛋白含有149個(gè)氨基酸，與小鼠有39%的一樣氨基酸。Flpoed蛋白是卵母細(xì)胞CPLs的主要成分。Floped缺乏會(huì)影響卵子細(xì)胞質(zhì)中網(wǎng)架狀構(gòu)造CPLs的構(gòu)成[10].敲除小鼠Floped基因后，并不會(huì)影響卵巢的發(fā)育、卵子發(fā)生、卵母細(xì)胞成熟及排卵和交配后的受精；缺乏Floped基因的成年雌性和雄性小鼠外表是正常的[8].進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，固然在卵巢和卵母細(xì)胞中檢測不到Floped蛋白以及SCMC,但能夠檢測到其他成分蛋白，講明它也是維持SCMC穩(wěn)定性的主要因子[8].除此之外，也有研究表示清楚這種雌鼠排出的卵子能夠受精，但是第1次卵裂后胚胎發(fā)育不良并且在植入前死亡，即便讓這種雌鼠與正常的雄鼠交配，胚胎發(fā)育不良的表現(xiàn)也不會(huì)被改變[11].由此可見，該基因與早期胚胎發(fā)育以及SCMC的構(gòu)成嚴(yán)密相關(guān)?！?〕Mater〔Maternalantigenthatembryorequires〕基因，也名Nlrp5〔Pyrindomaincontaining5〕基因，是第1個(gè)在小鼠中發(fā)現(xiàn)的母源基因，編碼125kD的蛋白，由位于第7號染色體上單拷貝基因表示出，其基因缺失會(huì)讓胚胎在2細(xì)胞發(fā)生阻滯[12].同時(shí)，進(jìn)一步研究也發(fā)現(xiàn)由1111個(gè)氨基酸構(gòu)成的蛋白包含1個(gè)NACHT構(gòu)造域和在終端存在2個(gè)重復(fù)的Motif構(gòu)造域[13].通過研究小鼠本身免疫性卵巢功能發(fā)育障礙模型，母源效應(yīng)基因首先作為1個(gè)卵母細(xì)胞抗原被確定。Mater蛋白是由在卵母細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的單拷貝基因表示出的，并且持續(xù)表示出到后期囊胚階段[11,14].Mater-/-小鼠產(chǎn)出的幼崽性別比例大致相等，表型沒有異常。Mater-/-雄性老鼠是不育的，盡管Mater-/-雌性老鼠可以以正常進(jìn)行卵泡發(fā)生、卵母細(xì)胞發(fā)育、排卵和受精[15].除此之外，在早期胚胎發(fā)育階段第1次卵裂也是正常的；但是，Mater-/-母鼠是不育的，由于在胚胎發(fā)育到2細(xì)胞階段時(shí)發(fā)生阻滯；除此之外，排出的卵母細(xì)胞和產(chǎn)生的胚胎數(shù)量與正常的小鼠沒有差異[15].這些研究結(jié)果表示清楚Mater基因?qū)τ?細(xì)胞以上的胚胎發(fā)育是必要的。研究發(fā)現(xiàn)，與Mater基因結(jié)合的因子被發(fā)現(xiàn)，即Filia基因[16].Filia蛋白與Mater蛋白結(jié)合在一起，共同定位于卵母細(xì)胞核早期胚胎的亞皮質(zhì)區(qū)，在早期胚胎發(fā)育階段處于卵裂球聯(lián)絡(luò)之處的外面，囊胚階段就處于胚胎外周-滋養(yǎng)層區(qū)域[16].〔3〕TLE6基因?qū)儆贕roucho/TLE轉(zhuǎn)錄共同抑制因子家族的一員，首先作為E2A肝白血病因子被發(fā)現(xiàn)，在小鼠胚胎和成年小鼠的組織中大量表示出。在神經(jīng)祖細(xì)胞中，TLE6通過與TLE1競爭性結(jié)合腦因子1〔Brainfactor1,BF-1〕抑制TLE1的功能，并且TLE6在新出生的小鼠卵巢中高度表示出，能夠與SCMC的其余3個(gè)因子〔MATER、FLOPED和FILIA〕結(jié)合，構(gòu)成母源效應(yīng)因子復(fù)合體，調(diào)控早期胚胎的卵裂。近年來，研究發(fā)現(xiàn)TLE6能夠通過影響小鼠卵母細(xì)胞中微絲細(xì)胞骨架的功能來調(diào)控早期胚胎的對稱性分裂[17].〔4〕Filia基因編碼1個(gè)卵源性的基本的螺旋-環(huán)-螺旋〔Basichelix-loop-helix,bHLH〕轉(zhuǎn)錄因子，分子量在50kD左右，能夠與第1個(gè)被發(fā)現(xiàn)的母源因子Mater蛋白互相結(jié)合，在調(diào)控激活透明帶基因方面發(fā)揮著重要的作用[18].Filia基因缺失不僅會(huì)影響透明帶基因的表示出，而且會(huì)阻滯原始卵泡的發(fā)育和生長[18-19].Filia基因只要在性成熟動(dòng)物的生長的卵母細(xì)胞中表示出。隨著卵母細(xì)胞減數(shù)分裂和排卵的進(jìn)行，卵母細(xì)胞中儲存的轉(zhuǎn)錄因子及蛋白逐步降解，但其表示出的蛋白在胚胎早期發(fā)育階段會(huì)持續(xù)發(fā)揮作用[20].近期研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)ilia基因敲除后會(huì)引起卵母細(xì)胞中因紡錘體不正常組裝導(dǎo)致的染色體非倍體的構(gòu)成及紡錘體組裝檢查點(diǎn)〔Spindleas-semblycheckpoint,SAC〕失活等，其詳細(xì)機(jī)制是通過RhoA信號通路影響主要的紡錘體組裝調(diào)控因子〔AURKA、PLK1和-tubulin〕的分布，進(jìn)而影響到微觀組裝中心的功能[21].3瞻望一般而言，對于卵母細(xì)胞發(fā)生和早期胚胎發(fā)育起調(diào)控作用的分子機(jī)制在不同物種之間是比擬保守的。但是，由于不同物種之間存在的特異性區(qū)別〔如排卵數(shù)量和合子基因啟動(dòng)處在不同胚胎階段〕決定了這些母源性的效應(yīng)基因以及表示出還是存在較大的差異，甚至同樣的基因在不同的動(dòng)物之間完全不同[22-23].由此可見，盡管SCMC在小鼠早期胚胎發(fā)育的研究已有報(bào)道，但是在其他大的動(dòng)物〔如牛和豬等〕中尚未見報(bào)道。研究表示清楚，SCMC復(fù)合體對于小鼠早期胚胎超越第1次卵裂是必不可少的[1,8].進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，SCMC是卵母細(xì)胞胞質(zhì)中肌動(dòng)蛋白F-actin網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成中必不可少的，該纖維控制卵母細(xì)胞中紡錘體的中心位置，進(jìn)而確保小鼠合子的對稱性分裂；另外，SCMC是通過Cofilin蛋白〔肌動(dòng)蛋白F-actin組裝的重要調(diào)控因子〕來控制細(xì)胞骨架微絲的構(gòu)成[17].這些固然在小鼠中已有較多研究，但是在其他動(dòng)物早期胚胎發(fā)育的作用研究還較少。盡管有關(guān)SCMC對于早期胚胎發(fā)育調(diào)控的研究已有報(bào)道〔主要限于小鼠的研究〕,但是有關(guān)大動(dòng)物SCMC調(diào)控早期胚胎發(fā)育的機(jī)制仍不清楚，當(dāng)前還未見到國內(nèi)外的相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。由此可見，SCMC可能是通過構(gòu)成胞質(zhì)中的CPLs,調(diào)節(jié)F-actin的組裝，進(jìn)而調(diào)節(jié)紡錘體的構(gòu)成，影響早期胚胎的發(fā)育，但其詳細(xì)的調(diào)控途徑以及網(wǎng)絡(luò)也還不清楚，有待于進(jìn)一步研究。以下為參考文獻(xiàn)：[1]LIL,ZHENGP,DEANJ.Maternalcontrolofearlymousedevelopment[J].Development,2018,137〔6〕:859-870.[2]RNASCHULTZRM.Themolecularfoundationsofthematernaltozygotictransitioninthepreimplantationembryo[J].HumanReproductionUpdate,2002,8〔4〕:323-331.[3]RNABACHVAROVAR,DELEONV.PolyadenylatedRNAofmouseovaandlossofmaternalRNAinearlydevelopment[J].DevelopmentalBiolo