SCMC在早期胚胎发育中调控网络的研究进展,生理学论文.docx

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1、SCMC在早期胚胎发育中调控网络的研究进展,生理学论文在卵母细胞生长发育、受精、早期胚胎发育和合子基因激活乃至胚胎植入等经过中，需要产生大量的转录因子和蛋白质，而这些物质主要依靠原有的储存在卵母细胞中的卵源性物质由母源效应基因表示出产生 .已有研究表示清楚，母源效应因子复合体Subcortical maternal complex ,SCMC 能够调控小鼠早期胚胎发育，其缺失会导致胚胎在 2 细胞阶段发生阻滞。进一步研究发现，该复合体主要位于胞质网格Cyto-plasmic lattices,CPLs 中，并且能够调控其构成。笔者综述了 SCMC 在早期胚胎发育中调控网络的研究进展，以期为SC

2、MC 调控胚胎发育机制的研究提供一定的参考。1 SCMC 研究历程母源效应基因是指其产物固然对卵母细胞发育、成熟以及排卵和受精的影响不大，但是对后续的胚胎基因组激活起着必不可少的作用的一类基因，缺乏该基因的表示出会阻碍早期胚胎的进一步发育1.在胚胎基因组激活以前，卵母细胞中储存了大量的促进早期胚胎发育经过中翻译功能的核糖体。已有研究表示清楚，在两栖类和线虫中其合子基因一般至少要在发生第 12 次卵裂以后才会激活一般少于 10 h .但是，在哺乳动物中至少需要等待 2 4 d 合子基因才会激活，一般而言小鼠中在第 1 次卵裂后，在人、牛和绵羊中一般在发生2 3 次卵裂后2.尽管对于哺乳动物卵母细

3、胞保存大量的核糖体的机制还不是很清楚，但已有研究表示清楚小鼠中75% 80% 的核糖体在排卵时不会构成多核糖体，也不会在体外立即介入蛋白质的合成3.已有研究表示清楚，这些没有激活的核糖体实际上在卵母细胞中介入构成胞质网格Cytoplasmic lattices,CPLs ,构成包含有大量蛋白质和 RNA 纤维状的基质。另外，已有研究发现核糖体与 CPLs 的构成存在联络，核糖体数量的减少会引起 CPLs 数量的增加4.进一步研究也已证实，根据 rRNA的数量推算应该有2/3 的核糖体存在于卵母细胞中，但是在超微构造下却完全没有观察到核糖体5.此后，有人观察到CPLs 纤丝中包含大量的高电子密度

4、的核糖体大小颗粒，讲明丢失的这些核糖体实际上聚集在 CPLs 内4.进一步研究发现，与体细胞中的核糖体需要至少 100 000 g 的离心力离心 1 h 以上才能分离到不同，卵母细胞中 70%的核糖体仅需要9 000 g 的离心力离心5 min 即可分离到，由此可见卵母细胞中的核糖体以1 种超大分子构造聚集在一起6.同时，也有研究发现这些胞质网格中也包含中间纤维如角蛋白，据此揣测这些细胞骨架构造为卵母细胞构成一个特殊的细胞骨架原件提供了条件7.近期研究表示清楚在 CPLs 中存在母源效应因子复合体Subcortical maternal complex,SCMC ,而且进一步研究发现主要有 F

5、LOPEDFactor located in oocytes permitting embryonicdevelopment 、MATERMaternal antigen that embryo requires和 TLE6Transducin - like enhancer of split 6 互相作用以及仅与 MATER 作用的 Filia 也称之为 KHDC3KH domain con-taining protein 3 共同构成8.研究发现，尽管 SCMC 复合体转录和翻译获得蛋白在卵母细胞减数分裂和排卵经过中不断降解，但是在早期胚胎发育阶段仍然存在。在胚胎发育阶段，SCMC 处于卵

6、裂球之间的以外的区域，到桑椹胚和囊胚阶段逐步分布在胚胎的外周。FLOPED 基因，也称为 Ooep 基因，其基因的 mRNAs 仅在生长发育的卵母细胞中存在，但其蛋白产物在发育到囊胚的阶段一直存在。该基因敲除小鼠的卵母细胞能够正常生长发育如进行减数分裂、成熟和受精等 ,但其胚胎由于没有改变蛋白的作用会在2 -细胞胚胎阶段发生阻滞8.同样也有研究发如今小鼠胚胎干细胞中高表示出，利用打靶突变的方式方法研究发现 Floped 基因在非分化培养条件下对维持胚胎干细胞的特性不是必不可少的，但是该基因的缺失在分化培养条件下会加快胚胎干细胞分化的进程。2 SCMC 复合体的构造及功能母源效应因子复合体Sub

7、cortical maternal complex,SC-MC ,由 FLOPED、MATER 和 TLE6 互相作用以及仅与 MA-TER 作用的 Filia 也称之为 KHDC3 共同构成。1 FLOPED 蛋白定位在卵巢和卵母细胞中。研究发现，小鼠 Floped 蛋白分子量为 18 kD,含有 164 个氨基酸，是SCMC 复合体中分子量最小的蛋白，含有 1 个单独的含有 70个氨基酸的 KHhnRNA K homology 区域，它的多聚体与单链核酸有关9.但是，人类的 Floped 蛋白含有 149 个氨基酸，与小鼠有 39% 的一样氨基酸。Flpoed 蛋白是卵母细胞CPLs 的主

8、要成分。Floped 缺乏会影响卵子细胞质中网架状构造 CPLs 的构成10.敲除小鼠 Floped 基因后，并不会影响卵巢的发育、卵子发生、卵母细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.进一步研究发现，固然在卵巢和卵母细胞中检测不到Floped 蛋白以及 SCMC,但能够检测到其他成分蛋白，讲明它也是维持 SCMC 稳定性的主要因子8.除此之外，也有研究表示清楚这种雌鼠排出的卵子能够受精，但是第 1 次卵裂后胚胎发育不良并且在植入前死亡，即便让这种雌鼠与正常的雄鼠交配，胚胎发育不良的表现也不会被改变11.由此可见，该基因与早期胚胎发育以及 S

9、CMC 的构成严密相关。2 MaterMaternal antigen that embryo requires 基因，也名 Nlrp5Pyrin domain containing 5 基因，是第 1 个在小鼠中发现的母源基因，编码 125 kD 的蛋白，由位于第 7 号染色体上单拷贝基因表示出，其基因缺失会让胚胎在 2 细胞发生阻滞12.同时，进一步研究也发现由1 111 个氨基酸构成的蛋白包含 1 个 NACHT 构造域和在终端存在 2 个重复的 Motif构造域13.通过研究小鼠本身免疫性卵巢功能发育障碍模型，母源效应基因首先作为1 个卵母细胞抗原被确定。Mater蛋白是由在卵母细胞中

10、发现的单拷贝基因表示出的，并且持续表示出到后期囊胚阶段11,14.Mater- / -小鼠产出的幼崽性别比例大致相等，表型没有异常。Mater- / -雄性老鼠是不育的，尽管 Mater- / -雌性老鼠可以以正常进行卵泡发生、卵母细胞发育、排卵和受精15.除此之外，在早期胚胎发育阶段第 1 次卵裂也是正常的； 但是，Mater- / -母鼠是不育的，由于在胚胎发育到 2 细胞阶段时发生阻滞； 除此之外，排出的卵母细胞和产生的胚胎数量与正常的小鼠没有差异15.这些研究结果表示清楚Mater 基因对于 2 细胞以上的胚胎发育是必要的。研究发现，与 Mater 基因结合的因子被发现，即 Filia

11、 基因16.Filia蛋白与 Mater 蛋白结合在一起，共同定位于卵母细胞核早期胚胎的亚皮质区，在早期胚胎发育阶段处于卵裂球联络之处的外面，囊胚阶段就处于胚胎外周 -滋养层区域16.3 TLE6 基因属于 Groucho/TLE 转录共同抑制因子家族的一员，首先作为 E2A 肝白血病因子被发现，在小鼠胚胎和成年小鼠的组织中大量表示出。在神经祖细胞中，TLE6 通过与 TLE1 竞争性结合脑因子1Brain factor 1,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，能够与 SCMC 的其余 3 个因子MATER、FLOPED 和 FILIA结合，构成母

12、源效应因子复合体，调控早期胚胎的卵裂。近年来，研究发现 TLE6 能够通过影响小鼠卵母细胞中微丝细胞骨架的功能来调控早期胚胎的对称性分裂17.4 Filia 基因编码 1 个卵源性的基本的螺旋 -环 -螺旋Basic helix -loop -helix,bHLH 转录因子，分子量在 50 kD左右，能够与第1 个被发现的母源因子 Mater 蛋白互相结合，在调控激活透明带基因方面发挥着重要的作用18.Filia 基因缺失不仅会影响透明带基因的表示出，而且会阻滞原始卵泡的发育和生长18 -19.Filia 基因只要在性成熟动物的生长的卵母细胞中表示出。随着卵母细胞减数分裂和排卵的进行，卵母细胞

13、中储存的转录因子及蛋白逐步降解，但其表示出的蛋白在胚胎早期发育阶段会持续发挥作用20.近期研究发现，Filia 基因敲除后会引起卵母细胞中因纺锤体不正常组装导致的染色体非倍体的构成及纺锤体组装检查点Spindle as-sembly checkpoint,SAC 失活等，其详细机制是通过 RhoA 信号通路影响主要的纺锤体组装调控因子AURKA、PLK1 和 - tubulin 的分布，进而影响到微观组装中心的功能21.3 瞻望一般而言，对于卵母细胞发生和早期胚胎发育起调控作用的分子机制在不同物种之间是比拟保守的。但是，由于不同物种之间存在的特异性区别如排卵数量和合子基因启动处在不同胚胎阶段

14、决定了这些母源性的效应基因以及表示出还是存在较大的差异，甚至同样的基因在不同的动物之间完全不同22 -23.由此可见，尽管 SCMC 在小鼠早期胚胎发育的研究已有报道，但是在其他大的动物如牛和猪等 中尚未见报道。研究表示清楚，SCMC 复合体对于小鼠早期胚胎超越第1 次卵裂是必不可少的1,8.进一步研究发现，SCMC 是卵母细胞胞质中肌动蛋白 F -actin 网络构成中必不可少的，该纤维控制卵母细胞中纺锤体的中心位置，进而确保小鼠合子的对称性分裂； 另外，SCMC 是通过 Cofilin 蛋白肌动蛋白 F -actin 组装的重要调控因子 来控制细胞骨架微丝的构成17.这些固然在小鼠中已有较

15、多研究，但是在其他动物早期胚胎发育的作用研究还较少。尽管有关 SCMC 对于早期胚胎发育调控的研究已有报道主要限于小鼠的研究 ,但是有关大动物 SCMC 调控早期胚胎发育的机制仍不清楚，当前还未见到国内外的相关文献报道。由此可见，SCMC 可能是通过构成胞质中的 CPLs,调节F - actin 的组装，进而调节纺锤体的构成，影响早期胚胎的发育，但其详细的调控途径以及网络也还不清楚，有待于进一步研究。以下为参考文献：1LI L,ZHENG P,DEAN J. Maternal control of early mouse developmentJ. Development,2018,1376

16、:859 -870.2RNASCHULTZ R M. The molecular foundations of the maternal to zygotictransition in the preimplantation embryoJ. Human Reproduction Update,2002,84 : 323 -331.3RNABACHVAROVA R,DE LEON V. Polyadenylated RNA of mouse ovaand loss of maternal RNA in early developmentJ. Developmental Biolo-gy,1980,741 : 1 -8.4RNASTERNLICHT A L,SCHULTZ R M. Biochemical studies of mammali-an oogenesis: Kinetics of accumulation of total and poly A - containingRNA during growth of the mouse oocyteJ. Journal of Experimental Zoolo-gy,1981,2152 : 191 -200.