哺乳动物卵母细胞及早期胚胎蛋白质组学研究进展

雌性生殖细胞发育是动物繁殖的基石,哺乳动物卵母细胞和早期胚胎在其生长发育过程中有许多独特的现象和规律,涉及一系列蛋白质合成/降解和磷酸化等状态的动态改变。对卵母细胞分裂、成熟调控机理以及植入前胚胎发育规律的研究是发育生物学领域的一项重要课题。蛋白质组学是以细胞或组织内全部的蛋白质为研究对象,系统鉴定、定量蛋白质并研究这些蛋白质功能的科学。随着蛋白质分离、鉴定技术的快速发展,蛋白质组学为卵母细胞发生、分化、成熟以及质量控制等相关研究提供了新的方法和内容,如在蛋白质定量、修饰、定位和相互作用等方面提供其他组学技术不可获得的重要信息。这些信息将有助于揭示哺乳动物卵母细胞成熟和早期胚胎发育的分子机制,对于进一步完善卵母细胞的体外成熟培养体系,提高胚胎体外生产、体细胞克隆和转基因动物生产效率具有重要意义。     

基于LC-MS/MS策略建立水牛卵母细胞蛋白质表达谱的方法研究

本研究采用了LC-MS/MS策略对如何建立水牛卵母细胞蛋白质表达谱进行了探讨,为后续研究不同时期的水牛卵母细胞和早期胚胎卵裂分化过程中蛋白质组变化建立研究平台。本实验收集水牛GV期和MⅡ期卵母细胞各500枚,去除透明带后将两个时期的细胞混合后提取蛋白质,蛋白质酶解后通过强阳离子交换色谱预分离多肽混合物,预分离后的馏分采用EASY-n LC结合LTQ-Orbitrap质谱鉴定蛋白质表达谱。通过SEQUEST检索,共鉴定出574种蛋白质,生物信息学分析表明,有明确分子功能相关的蛋白质有487种,与组成细胞成分相关的蛋白质有476种,与生物学进程相关的蛋白质有490种,初步建立了一套获得水牛卵母细胞蛋白质表达谱的方法。结果表明建立的LC-MS/MS策略方法适合于水牛卵母细胞蛋白质组学的研究,卵母细胞蛋白质表达谱数据为今后研究水牛不同时期的卵母细胞和早期胚胎卵裂分化过程中蛋白质组学奠定了方法与理论基础。     

小鼠着床前胚胎发育中调控因子的时序表达及功能

哺乳动物着床前胚胎发育最基本的问题之一是高度分化的卵母细胞如何过渡到全能性的卵裂球。这一转换过程受到了多种调控因子正或负的调控作用,这些特定调控因子在着床前胚胎发育过程中呈现出较为显著的时空表达特征,它们对早期胚胎的进一步正常发育有重要的作用。研究这些调控因子在着床前胚胎发育中的表达模式和调控机制,将有助于我们对早期胚胎发育机制的进一步了解。作者主要对近些年来有关生长因子与细胞因子（如：PAF、IL－1、IGF、MIF）以及特定转录因子（如：SP1、TBP、mTEF、eIF、myc、c-jun等）在小鼠着床前胚胎发育中的时空表达及其相应功能的研究做一简要介绍。     

胸腺肽-β4在小鼠卵母细胞和早期胚胎中的表达与分布规律

胸腺肽-β4(thymosin-β4,Tb4)是一种重要的 G-actin遮蔽因子(G-actin sequestering factor),在细胞微丝活动中有着调节G-actin活性的作用． 以往报道证实了Tb4在细胞中具有广泛的生理作用,但其在哺乳动物卵母细胞成熟和早期胚胎发育等方面的作用,迄今还没有系统的研究报道． 以昆明白小鼠卵巢、卵母细胞和早期胚胎作为实验材料,以免疫( 荧光) 组织化学和RT-PCR技术为主要研究方法,对Tb4的表达与分布进行了研究． 结果显示,Tb4在相关发育过程中,存在差异性的表达和定位变化．结果表明,在小鼠卵母细胞成熟和早期胚胎的发育过程,Tb4能够通过表达与分布的变化对细胞微丝活动和细胞增殖活动进行调控,对小鼠卵母细胞成熟、早期胚胎发育以及胚胎着床过程有重要的作用．     

胸腺肽-β4在小鼠卯母细胞和早期胚胎中的表达与分布规律

胸腺肽-β4(thymosin-β4,Tb4)是一种重要的G-actin遮蔽因子(G-actin sequestening factor),在细胞微丝活动中有着调节G-actin活性的作用.以往报道证实了Tb4在细胞中具有广泛的生理作用,但其在哺乳动物卵母细胞成熟和早期胚胎发育等方面的作用,迄今还没有系统的研究报道.以昆明白小鼠卵巢、卵母细胞和早期胚胎作为实验材料,以免疫(荧光)组织化学和RT-PCR技术为主要研究方法,对Tb4的表达与分布进行了研究.结果显示,Tb4在相关发育过程中,存在差异性的表达和定位变化.结果表明,在小鼠卵母细胞成熟和早期胚胎的发育过程,Tb4能够通过表达与分布的变化对细胞微丝活动和细胞增殖活动进行调控,对小鼠卵母细胞成熟、早期胚胎发育以及胚胎着床过程有重要的作用.     

PTEN在小鼠卵细胞和早期胚胎发育中的功能研究

PI3K/AKT信号通路在哺乳动物早期胚胎发育中起重要作用.抑癌基因PTEN是该通路中的负调节因子,但PTEN在卵和早期胚胎中的表达、分布以及作用都还未见报道.本研究通过免疫荧光方法发现卵细胞及着床前胚胎都表达PTEN,且具活性的PTEN主要分布在生发泡期(germinal vesical,GV)卵细胞的皮层部位以及致密桑椹胚的卵裂球表面.在培养基中添加低浓度的PTEN特异性抑制剂bpV(pic),GV期卵母细胞的成熟不受影响,但着床前胚胎发育受到阻滞.该结果提示PTEN在小鼠着床前胚胎发育中可能起重要作用.     

牛早期胚胎发育中AID基因的表达及其调节区DNA甲基化的动态变化

以具有DNA主动去甲基化作用的活化诱导胞苷脱氨酶(Activation-induced cytidine deaminase,AID,亦称为AICDA)基因为研究对象,检测其在牛卵母细胞及体外受精胚胎发育不同阶段的表达变化及其调节方式,揭示细胞重编程分子机制。应用Real-time PCR、BSP(Bisulfite Sequencing PCR)和免疫荧光化学等方法分析DNA甲基化对牛早期胚胎发育中AID基因表达的影响。结果显示,AID基因在牛早期胚胎发育中受DNA甲基化的调控,AID基因的T-DMR(tissue-dependent and differentially methylated region)位于其转录起始位点-88 bp--431 bp。在牛卵母细胞成熟过程中,T-DMR第2和第3号Cp G位点的DNA甲基化明显去除,而其他位点都未发生变化。卵母细胞在成熟过程中AID基因的积累与DNA甲基化状态变化相关。在牛体外受精胚发育早期的各阶段,尽管AID基因的表达不同,但AID基因T-DMR除第2和第3号CpG位点一直都维持去甲基化状态外,其他位点始终维持甲基化状态。推测其表达的变化可能是胚胎基因组激活有关。以上研究表明,AID基因T-DMR的低甲基化与其表达存在一定的相关性。通过免疫荧光检测发现,从卵母细胞成熟期到桑椹胚期,AID蛋白都是均匀分布于细胞核和细胞质中。而囊胚时期大量AID蛋白集中于内细胞团,这可能对于内细胞团多能性的维持起重要作用。综上所述,牛卵母细胞成熟中积累的AID作用于受精过程,其启动子区的DNA去甲基化与AID基因的表达有关,胚胎基因组激活后AID基因的表达可能与胚胎发育有关。     

牛早期胚胎发育中AID基因的表达及其调节区DNA甲基化的动态变化北大核心CSCD

以具有DNA主动去甲基化作用的活化诱导胞苷脱氨酶(Activation-induced cytidine deaminase,AID,亦称为AICDA)基因为研究对象,检测其在牛卵母细胞及体外受精胚胎发育不同阶段的表达变化及其调节方式,揭示细胞重编程分子机制。应用Real-time PCR、BSP(Bisulfite Sequencing PCR)和免疫荧光化学等方法分析DNA甲基化对牛早期胚胎发育中AID基因表达的影响。结果显示,AID基因在牛早期胚胎发育中受DNA甲基化的调控,AID基因的T-DMR(tissue-dependent and differentially methylated region)位于其转录起始位点-88 bp--431 bp。在牛卵母细胞成熟过程中,T-DMR第2和第3号Cp G位点的DNA甲基化明显去除,而其他位点都未发生变化。卵母细胞在成熟过程中AID基因的积累与DNA甲基化状态变化相关。在牛体外受精胚发育早期的各阶段,尽管AID基因的表达不同,但AID基因T-DMR除第2和第3号CpG位点一直都维持去甲基化状态外,其他位点始终维持甲基化状态。推测其表达的变化可能是胚胎基因组激活有关。以上研究表明,AID基因T-DMR的低甲基化与其表达存在一定的相关性。通过免疫荧光检测发现,从卵母细胞成熟期到桑椹胚期,AID蛋白都是均匀分布于细胞核和细胞质中。而囊胚时期大量AID蛋白集中于内细胞团,这可能对于内细胞团多能性的维持起重要作用。综上所述,牛卵母细胞成熟中积累的AID作用于受精过程,其启动子区的DNA去甲基化与AID基因的表达有关,胚胎基因组激活后AID基因的表达可能与胚胎发育有关。     

同源盒基因Msx及其在胚胎着床中的作用

Msx(muscle segment homeobox)基因的编码产物Msx蛋白质属于抑制性转录因子,参与多种生物学调控过程,如调控细胞的增殖与凋亡等。近期研究表明,Msx基因在胚胎着床中表达并发挥重要作用,Msx基因在胚胎着床的不同时间和空间特异性表达,从而调控胚胎着床。目前发现,Msx基因通过负向调节Wnt5a(Wnt family member 5a)来控制着床过程。Msx基因在控制胚胎滞育和再次激活胚胎着床过程中起到一个保守的分子开关作用。该文叙述Msx基因的分子生物学特征及其在体内特异性调控靶基因的机制,并探讨其主要生物学功能以及着重介绍其在胚胎着床及胚胎滞育中的作用和可能的潜在机制。     

Ghrelin在绵羊体内卵母细胞和早期胚胎的表达

为了明确ghrelin是否参与了卵母细胞成熟及胚胎早期发育进程,本研究利用免疫荧光技术和实时定量RT-PCR技术检测了绵羊卵母细胞和体内早期胚胎中ghrelin蛋白的表达定位和ghrelin mRNA水平相对表达变化规律。免疫荧光染色结果表明,ghrelin蛋白主要分布于卵母细胞胞质内;实时定量RT-PCR结果揭示绵羊卵母细胞和早期胚胎ghrelin mRNA的相对表达量依据发育阶段的不同而呈现一定变化规律,即在成熟卵母细胞,2细胞胚胎期和8细胞胚胎期显著高于未成熟卵母细胞和4细胞胚胎期(P<0.05),囊胚期表达量最高。卵母细胞和早期胚胎中ghrelin蛋白的表达及ghrelin mRNA特定的表达模式,揭示这一新型分子在绵羊卵母细胞成熟以及胚胎早期发育过程中具有潜在的调控作用。     

处理方式不同的颗粒细胞和卵泡液对牛卵母细胞体外受精后卵裂率和囊胚率的影响

将牛的卵母细胞置于添加有不同预处理颗粒细胞及含有卵泡液的培养液或不舍有卵泡液的培养液中进行体外成熟、受精及胚胎发育培养,研究了颗粒细胞、卵泡液及颗粒细胞与卵泡液交互作用对牛卵母细胞成熟、受精后卵裂率、囊胚率的影响。2178枚卵母细胞体外成熟受精后胚胎发育的对比观察结果表明：颗粒细胞、卵泡液及颗粒细胞与卵泡液交互作用对卵母细胞成熟受精后胚胎的卵裂具有显著影响（P〈0．05）;颗粒细胞对囊胚的发育有显著影响（P〈0．05）;卵泡液及颗粒细胞与卵泡液交互作用对囊胚的发育无显著影响（P〉0．05）。不同因素对卵裂率、囊胚率的影响表现为：颗粒细胞因素〉培养液因素〉培养液&#215;颗粒细胞交互作用。结论：TCM199培养液中添加卵泡液和单层颗粒细胞组成的培养系统用于牛卵母细胞体外成熟及胚胎发育的效果较好。共培养体系中的单层颗粒细胞用经酶消化分散处理后在培养箱中孵育10min的颗粒细胞替代时,胚胎的发育效果并不受影响。     

组蛋白乙酰化与卵母细胞及胚胎的体外发育

组蛋白乙酰化及去乙酰化是表观遗传修饰一个重要部分,其对哺乳动物卵母细胞成熟和胚胎发育具有重要的调节作用。因此深入研究组蛋白乙酰化的发生机制,对于改善卵母细胞和早期胚胎的发育具有重要意义。对哺乳动物卵母细胞及胚胎发育过程中的组蛋白乙酰化动态修饰进行综述。     

绵羊卵母细胞体外核成熟和抑制及其对胚胎发育潜力的影响

本研究旨在探讨次黄嘌呤＋dbcAMP或IBMX＋dbcAMP对绵羊卵母细胞体外成熟的可逆性抑制作用,以及这种抑制作用对卵母细胞胚胎发育潜力的影响。自绵羊卵巢分离卵丘－卵母细胞复合物进行体外培养,培养基中分别加入或不加入上述抑制剂。培养6h后各组取部分卵母细胞固定染色检查卵母细胞核成熟情况;将其余的卵母细胞分别移入无抑制剂的成熟培养基中继续培养18h后,再次检查各组卵母细胞核成熟情况,并进行体外受精和胚胎培养。结果表明,次黄嘌呤＋dbcAMP或IBMS＋dbcAM都分别能使60％以上的绵羊卵母细胞抑制在GV期。这种抑制是可行性的,去除抑制剂后卵母细胞能恢复减数分裂,并加快由GVBD到MⅡ的成熟过程。各处理组肥精率,卵裂率和囊胚发育率与对照组相比无显著性差异,表明卵母细胞的胚胎发育潜力没有受损。上述物质对卵母细胞成熟的可逆性抑制可用于研究卵母细胞成熟及其胚胎发育潜力的调节机制。     

绵羊卵母细胞体外核成熟抑制及其对胚胎发育潜力的影响

本研究旨在探讨次黄嘌呤 +dbcAMP或IBMX +dbcAMP对绵羊卵母细胞体外成熟的可逆性抑制作用 ,以及这种抑制作用对卵母细胞胚胎发育潜力的影响。自绵羊卵巢分离卵丘 -卵母细胞复合物进行体外培养 ,培养基中分别加入或不加入上述抑制剂。培养 6h后各组取部分卵母细胞固定染色检查卵母细胞核成熟情况 ;将其余的卵母细胞分别移入无抑制剂的成熟培养基中继续培养 18h后 ,再次检查各组卵母细胞核成熟情况 ,并进行体外受精和胚胎培养。结果表明 :次黄嘌呤 +dbcAMP或IBMX +dbcAM都分别能使 6 0 %以上的绵羊卵母细胞抑制在GV期。这种抑制是可逆性的 ,去除抑制剂后卵母细胞能恢复减数分裂 ,并加快由GVBD到MⅡ的成熟过程。各处理组受精率、卵裂率和囊胚发育率与对照组相比无显著性差异 ,表明卵母细胞的胚胎发育潜力没有受损。上述物质对卵母细胞成熟的可逆性抑制可用于研究卵母细胞成熟及其胚胎发育潜力的调节机制。     

体细胞核移植克隆民猪: 培养液对卵母细胞成熟及胚胎发育的影响

体外培养成熟的卵母细胞是进行克隆猪研究所需受体卵母细胞的主要来源, 卵母细胞成熟质量与体细胞核移植胚胎发育能力关系密切. 为提高卵母细胞体外成熟率和成熟质量, 进而提高体细胞核移植猪的成功率, 本实验以改进的TCM199培养液为基础液(T), 分别添加10%的猪卵泡液(T+pFF)和 10%的胎牛血清(T+FBS)后进行卵母细胞成熟培养, 以成熟率和体细胞核移植胚胎发育率等重要指标为标准, 研究了pFF和FBS对卵母细胞成熟及核移植胚胎发育能力的影响. T, T+pFF和T+FBS组在成熟培养后42 h卵母细胞成熟率分别为(53.2±3.8)%, (69.7±3.8)%和(70.2±3.7)%, 添加10%的pFF和FBS显著(P<0.05)提高了卵母细胞成熟率; 3组不同成熟培养液获得的成熟卵母细胞在体细胞核移植后囊胚发育率差异不显著, 但T+pFF组的囊胚细胞数(34.5±2.24)显著(P<0.05)高于T组的囊胚细胞数(26.6±1.25). 来自T+pFF组的体细胞核移植胚胎经手术法移植入发情周期为第0天或第1天的18头受体母猪输卵管, 其中有3头受体母猪妊娠发育到期, 获得克隆民猪14头, 其中有6头健康成活至今. 实验结果表明, 培养液中添加10%pFF可以有效提高卵母细胞成熟比例和成熟质量, 在含有10% pFF培养液中获得的成熟卵母细胞具有支持核移植胚胎全程发育的能力.     

体细胞核移植克隆民猪: 培养液对卵母细胞成熟及胚胎发育的影响

体外培养成熟的卵母细胞是进行克隆猪研究所需受体卵母细胞的主要来源, 卵母细胞成熟质量与体细胞核移植胚胎发育能力关系密切. 为提高卵母细胞体外成熟率和成熟质量, 进而提高体细胞核移植猪的成功率, 本实验以改进的TCM199培养液为基础液(T), 分别添加10%的猪卵泡液(T+pFF)和 10%的胎牛血清(T+FBS)后进行卵母细胞成熟培养, 以成熟率和体细胞核移植胚胎发育率等重要指标为标准, 研究了pFF和FBS对卵母细胞成熟及核移植胚胎发育能力的影响. T, T+pFF和T+FBS组在成熟培养后42 h卵母细胞成熟率分别为(53.2±3.8)%, (69.7±3.8)%和(70.2±3.7)%, 添加10%的pFF和FBS显著(P<0.05)提高了卵母细胞成熟率; 3组不同成熟培养液获得的成熟卵母细胞在体细胞核移植后囊胚发育率差异不显著, 但T+pFF组的囊胚细胞数(34.5±2.24)显著(P<0.05)高于T组的囊胚细胞数(26.6±1.25). 来自T+pFF组的体细胞核移植胚胎经手术法移植入发情周期为第0天或第1天的18头受体母猪输卵管, 其中有3头受体母猪妊娠发育到期, 获得克隆民猪14头, 其中有6头健康成活至今. 实验结果表明, 培养液中添加10%pFF可以有效提高卵母细胞成熟比例和成熟质量, 在含有10% pFF培养液中获得的成熟卵母细胞具有支持核移植胚胎全程发育的能力.     

人类21号染色体转录调节相关基因作为早期分子诊断标记物的可行性研究

目的分析与转录调节相关的人类21号染色体(HC21)基因在小鼠植入前胚胎发育过程中的表达模式,初步阐明这些基因与早期胚胎发育的关系,发现这些基因作为分子诊断标记物的可行性。方法应用植入前胚胎的GlobalRT-PCR方法,对BACH1、RUNX1、SIM-2、ERG、KIAA0136、GCFC、SON、PKNOX1、HSF2BP和NRIP1小鼠同源基因在植入前发育阶段的表达模式进行研究。结果RUNX1、ERG和SON在整个植入前发育过程中都未见表达。其他基因的表达呈现出阶段特异性表达的特点:BACH1几乎在整个发育过程中都有表达,但是存在着胚胎个体之间的差异,不适于作为分子标记物;SIM-2只在1和2细胞期表达;Kiaa0136在2、4细胞期以外的各个阶段均表达;除了1-和2-细胞期,GCFC在其它阶段普遍表达;PKNOX1只在1、8细胞以及桑椹期表达;而HSF2BP和NRIP1的表达仅见于成熟的卵母细胞和1细胞期胚胎。结论与转录相关的小鼠HC21同源基因大部分参与了早期胚胎发育的转录调节,这些基因的阶段特异性表达说明他们参与了早期胚胎发育的不同转录调节环节,对这些基因的深入研究是认识唐氏综合症发生的分子机制和发现早期分子诊断标记的基础。     

果蝇蛋白质组学研究进展

蛋白质组学旨在阐明基因组所表达的真正执行生命活动的全部蛋白质的表达规律和生物功能。随着人类基因组学计划的逐渐成熟,分子水平的实验技术不断发展,蛋白质组学的研究被提高到了前所未有的高度。果蝇是生命科学领域最为常用的一种模式生物,长期的系统研究也使果蝇的基因组成为至今注释最好的基因组之一,为功能基因组研究奠定了基础。但由于技术的限制,迄今有关果蝇蛋白质组学研究的报道尚不多见。近年来果蝇蛋白质组学的研究主要包括表达谱、修饰谱、比较蛋白质组学和疾病模型蛋白质组等四个方向,为进一步开展人类疾病临床蛋白质组学研究奠定了基础。     

高通量基因表达分析方法在胚胎着床研究中的应用

哺乳动物胚胎着床是一个复杂而严密的过程,涉及到众多相关基因的表达与调控。传统的实验技术很难一次性对这些基因的表达状况做系统的分析。近年来,高通量基因表达分析方法在哺乳动物胚胎着床过程研究中得到了广泛的应用,在mRNA水平、microRNA水平和蛋白质水平都有大量的着床相关的因子被筛选出来。本文旨在对应用高通量方法的研究加以总结概括,为进一步研究哺乳动物胚胎着床的分子机理奠定基础。     

功能基因组学和蛋白质组学在胚胎植入机制研究中的应用

胚胎植入是人类和哺乳动物生殖过程中的重要步骤,其分子机制至今尚未完全明了.近年来,功能基因组学和蛋白质组学等高通量检测新技术已广泛应用于胚胎植入机制的研究领域.通过从整体上观察胚胎植入过程中基因和蛋白质表达的变化,全面地筛选出大量胚胎植入相关因子,从而为在分子水平上阐明胚胎植入过程中的调控网络打下了基础.