小鼠母源因子对早期胚胎发育的影响

在脊椎动物中发育过程中,卵母细胞要经历MII期停滞、受精、早期胚胎发育的启动、胚胎基因组的转录激活、并指导完成个体的发育过程。同时,核移植过程中,分化的细胞核在去核的卵母细胞中能够重编程到胚胎早期的状态并能完成个体的发育过程。在这些发育过程中母源因子都发挥了极其的重要作用。在小鼠胚胎发育研究中发现,小鼠的基因组激活发生在2细胞期,这一时期标志着合子的发育由卵母细胞控制向胚胎控制的过渡,期间发生一系列复杂的生化过程。体外培养的小鼠的胚胎的发育阻断也易发生的2细胞时期。因此对卵母细胞及早期胚胎母源因子的研究,将有利于了解早期体外培养胚胎和克隆胚胎发育失败的原因,为提高体外培养和克隆胚胎发育的成功率提供理论的基础。     

早期胚胎发育合子基因组激活调控

动物早期胚胎发育始于分化成熟的雌雄配子经受精后重编程为全能性合子。在胚胎发育的初期,合子基因组的转录水平处于静默状态,母源物质调控占据主导地位。随着胚胎发育的进行,母源物质会经历分阶段的降解,合子基因组开始逐渐激活转录,标志着早期胚胎发育从母源性调控向合子基因组调控的转变,也称为母源-合子转换（maternal-zygotic transition,MZT）。其中一个关键的转折性事件就是合子基因组激活（zygotic genome activation,ZGA）,ZGA的正确发生对于早期胚胎发育和细胞命运决定至关重要。然而,目前对于ZGA的调控因子和具体的分子机制仍知之甚少。研究表明,ZGA在不同物种中存在较大差异,可能受到DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA、染色质重塑以及ZGA相关因子等多种调控因素的影响。本文探讨了上述几种调控因素影响合子基因组激活的研究进展,对进一步研究早期胚胎ZGA的相关机制具有借鉴意义。     

斑马鱼母源因子在胚胎发育中的作用

动物受精时,精子主要是将雄原核释放到卵子中,形成的合子中雌、雄原核融合为合子核,但受精卵基因组在前几次有丝分裂过程中不转录,合理的逻辑性推测是其早期发育完全依赖于卵质中储存的RNA和蛋白质,即母源因子.上世纪80年代对无脊椎动物的正向遗传研究发现,母源因子在卵子和胚胎极性的决定、早期胚胎的图式形成等方面发挥了决定性作用.过去10多年来,通过对斑马鱼和小鼠突变体的研究,也证明母源因子在脊椎动物胚胎早期发育中起着重要作用.本文主要综述斑马鱼母源因子在卵母细胞的极性、卵子的激活、早期细胞分裂、母源mRNA的清除、合子基因转录激活以及胚层的形成和分化、体轴的建立等方面的作用,相关知识对于研究人类生育障碍和先天性疾病的发生机制和诊治有借鉴意义.     

人类卵母细胞和早期胚胎发育异常的遗传学研究进展

卵母细胞和早期胚胎的正常发育是获得健康后代的关键,遗传因素在卵母细胞成熟和早期胚胎发育过程中发挥重要作用。调控卵母细胞和早期胚胎发育的关键基因突变可导致卵母细胞成熟障碍、受精失败或早期胚胎发育停滞,进而导致不孕或早期流产等。随着全基因组测序和全外显子组测序技术的广泛应用,越来越多的致病基因突变被发现,为不孕患者提供了可靠的诊疗靶点。该文系统回顾了导致人类卵母细胞成熟、受精和早期胚胎发育异常的致病基因,以期促进其在辅助生殖遗传咨询中的应用。     

卵母细胞和早期胚胎特异的皮质下母源效应复合体

从卵母细胞成熟后到胚胎合子基因组激活之前,基因转录处于沉默状态.在此期间,胚胎的生命活动主要受母源效应基因调控.受到研究材料和技术的限制,哺乳动物母源效应基因研究长期进展缓慢.近期研究发现,在小鼠(Mus musculus)卵母细胞和早期胚胎中特异存在皮质下母源效应复合体(SCMC).SCMC是由多种母源效应蛋白组成的巨型蛋白复合体,它是小鼠早期胚胎发育必需的.后续研究证明,SCMC不仅可以用于鉴定小鼠中新的母源效应基因,同时有助于其他母源效应基因作用机制的阐明,还可用于其他哺乳动物早期胚胎发育调控机制研究.此外,SCMC可能存在于人类中,其组分基因的突变与临床上一些未明原因的不孕症或出生后疾病相关.以上研究表明,SCMC可能是哺乳动物母源调控过程中的重要调节枢纽.目前SCMC已经成为哺乳动物母源调控研究的重要内容,相关研究明显推动了哺乳动物母源调控领域的发展.     

母源物质对重编程作用研究进展

卵母细胞发生过程中会积累大量的物质,即所谓的母源物质(maternal materials),自然状态下,这些母源物质对受精以及之后的发育具有重要的生物学功能。雌雄配子融合后,精子核与卵母细胞中单倍体染色体组均会发生剧烈的表观遗传修饰变化,这个过程也同样发生在体细胞核移植到卵母细胞质之后,这种变化被称之为重编程。重编程奠定了新个体发生发育全部程序的基础,因此是一个备受重视的生物学过程。重编程包括DNA去甲基化、染色质重塑和组蛋白修饰等。受精后,卵母细胞与精子的基因组均会在一定时间和空间范围内经历相应的重编程过程,清除各自基因组在配子形成中保留的表观遗传学修饰,调控基因表达并形成正常发育的全能性胚胎。受精后,卵母细胞成熟中积累的多种母源物质聚集在雄原核周围,调控其基因组的重编程。体细胞核移植胚胎中供体细胞核注到去核卵母细胞后也将在卵母细胞中蛋白质、mRNA、酶类等母源物质的作用下进行重编程。现总结了母源物质对雄原核及供体细胞核重编程作用的研究进展,并探讨了母源物质作用的可能机制。     

母源效应蛋白在基因组印记维持中的作用

基因组印记是指生殖细胞发生过程中双亲基因组发生差异表观修饰,使带有亲代印记的等位基因出现父源或母源单等位基因表达。在配子发生和早期胚胎发育过程中,基因组印记甲基化经历一个去除、重建和维持的复杂过程。这个过程中的任何环节被干扰都将导致印记紊乱,造成胚胎发生、胎盘形成及出生后发育异常。近来研究表明,早期胚胎发育过程中一些母源效应蛋白在印记基因表观调控中起重要作用。为了更好地理解这些母源因子对印记基因建立及维持的作用与机制,文章综述了DPPA3、ZFP57、TRIM28和DNMT1等母源效应因子近年来的相关研究进展,并探讨了这些因子对基因组印记的表观调控机制。     

体外受精和孤雌活化过程中小鼠胚胎细胞骨架的动态变化

为研究微管在体外受精与孤雌活化过程中的动态变化,本实验比较了体外受精胚胎、SrCl2激活的孤雌胚胎和体内受精的原核期胚胎在体外发育的情况,采用免疫荧光化学与激光共聚焦显微术检测卵母细胞孤雌活化过程中及体外受精后微管及核的动态变化,以分析微管在减数分裂过程中的作用及其对早期发育的影响.结果显示,体内受精胚胎的发育率显著高于体外受精和孤雌激活胚胎体外发育率(P<0.05),而体外受精与孤雌激活胚胎在各阶段发育率差异均不显著.在体外受精中,精子入卵,激活卵母细胞,减数分裂恢复,纺锤丝牵拉赤道板卜致密排列的母源染色体向纺锤体两侧迁移;后期将染色体拉向两极;末期时,微管分布于两组已去凝集的母源染色体之间,卵母细胞排出第二极体(the second polarbody,Pb2),解聚的母源染色体形成雌原核.同时,在受精后5～8 h精子染色质发生去浓缩与再浓缩,形成雄原核.在原核形成的同时,胞质星体在雌、雄原核的周围重组形成长的微管,负责雌、雄原核的迁移靠近.孤雌活化过程中,卵母细胞恢复减数分裂,姐妹染色单体分离,被拉向两极,经细胞松弛素B处理后,活化4～6 h,卵周隙中未见Pb2,而在胞质中出现两个混合的单倍体原核,之间由微管相连接,负责两个单倍体原核的迁移靠近.与体外受精相比较,孤雌活化时卵母细胞更容易被激活,减数分裂期间微管的发育早且更完善.     

表观遗传信息在动物胚胎发育过程中的重编程

表观遗传修饰调控基因的表达对胚胎发育至关重要。近期,对表观遗传修饰在跨代遗传及早期胚胎发育重编程方面的认识获得了突破性进展。在此,着重阐述DNA甲基化修饰和染色体3D结构在跨代遗传和胚胎发育过程的重编程。在斑马鱼中,子代胚胎抛弃卵子的甲基化图谱,而完全继承精子的DNA甲基化图谱;哺乳动物早期胚胎发育过程出现了全基因组去甲基化的过程,父源和母源基因组都存在主动和被动的去甲基化过程。染色体3D结构在动物受精后,TAD(topologically associated domain)结构消失,并逐渐重新建立。这些重编程对胚胎的发育过程的基因调控起着重要的作用。     

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.     

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。     

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。     

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。     

精子和卵母细胞质量控制对山羊卵胞质内精子注射(ICSI)受精的影响

以体外成熟卵母细胞为材料研究了精子来源及制动处理方法、卵母细胞质量及注射后激活等因素对山羊ICSI效果的影响.结果说明,附睾头、体和尾精子ICSI后的受精率、卵裂率和桑椹胚/囊胚发育率与射出的鲜精精子都没有明显差异(p＞0.05),但带下注射时附睾头和体精子的受精和发育率显著低于附睾尾和射精精子.在以4种不同方法致死的精子中,室温保存24h的死精子ICSI受精、卵裂和桑椹/囊胚率虽然低于对照组,但是明显高于其它方式致死的精子;5℃保存15天的死精子受精和发育效果最差.0.0005%Triton X-100处理精子的受精率、卵裂率和桑椹/囊胚率显著(p＜0.05)高于制动对照组、不制动对照组和其它浓度组.经高渗处理法检测质量好的卵母细胞ICSI受精和胚胎发育效果显著好于质量差的卵母细胞.与对照组相比,A23187和Ionomycin/6-DMAP激活处理均显著(p＜0.05)提高ICSI的受精率、卵裂率和桑椹/囊胚发育率.因此,精子在附睾内的成熟过程主要与其获得与卵质膜融合能力有关;精液保存方法对精子受精能力的损伤程度有很大差异;适当浓度的Triton X-100处理可模仿精子制动;卵母细胞质量是影响ICSI效果的重要因素;注射精子后激活卵母细胞能保证山羊ICSI的受精效果.     

3种药物对老化卵母细胞4种母源mRNA水平的影响

利用Real-Time PCR技术定量分析了绵羊(Ovis aries)卵母细胞在生长-成熟-老化过程4种母源mRNA(Mater、Zar1、Dnmt1、GDF9)发生的动态变化,以及3种药物(咖啡因、DTT和矾酸盐)对老化卵母细胞母源mRNA水平的影响。结果显示,除Dnmt1在12 h开始下降外,卵母细胞中其他3个基因的表达量都是从生发泡期逐渐下降,且在体外培养至24 h降到最低,然后随着卵母细胞的老化又逐渐上升。其中GDF9和Mater 2个基因在30 h组的卵母细胞中的表达量显著高于24 h组卵母细胞(P0.05)。30 h卵母细胞中Zar1和Dnmt1的转录水平与24 h卵母细胞差异不显著(P0.05)。除Zar1外,咖啡因和DTT都显著降低了老化卵母细胞中其他3个基因的表达量(P0.05),且所有基因表达量与24 h组卵母细胞差异不显著(P0.05)。矾酸盐处理后的卵母细胞其4种母源mRNA水平都是最高,除Zar1外其他3个基因表达量都显著高于24 h组(P0.05)。结论是,Mater、Zar1、Dnmt1、GDF9 4种母源mRNA水平与卵母细胞质量成反比,咖啡因和DTT能在一定程度上延缓卵母细胞的衰老,改善卵母细胞质量;而矾酸盐则加速了卵母细胞老化进程,降低了卵母细胞质量。     

银鲫卵母细胞体外诱导成熟技术的建立

研究以银鲫为材料, 根据银鲫(Carassius auratus gibelio)卵母细胞生发泡(Germinal vesicle, GV)边移程度及剥离GV中减数分裂前期染色体的凝集状态, 将银鲫Ⅳ时相的卵母细胞分为GV0、GV1、GV2和GV3四个时期; 并进一步比较了分别处于这4个时期银鲫卵母细胞体外诱导培养的成熟率、卵裂率和孵化率。结果表明, GV1期之后的卵母细胞均可有效进行体外诱导成熟, 可正常受精发育, 由于GV1期卵母细胞有较长时间用于显微操作, 因此GV1期卵母细胞被选为进行体外诱导的最早时期的卵母细胞。以GV1期卵母细胞为研究材料, 摸索了银鲫卵母细胞体外诱导成熟的适宜条件: 取GV1期的Ⅳ时相卵母细胞, 放置于pH 8.5、加有1 μg/mL孕酮激素(17α, 20β-dihydroxy-4-pregnen-3-one, DHP)的格氏平衡盐溶液(Gey’s balanced salt solution, GBSS)中, 在23℃培养箱中体外诱导12h后, 将滤泡膜剥离后再进行人工体外授精, 其所获胚胎的孵化率可达55.5%。此外, 将体外转录合成的带GFP标签的h2af1o mRNA注射到GV1期卵母细胞, 发现经显微操作和体外诱导后不仅可以通过GFP绿色荧光信号活体观察GVBD、受精、卵裂和早期胚胎发育的全过程, 而且诱导成熟的卵子仍可正常受精和胚胎发育。研究建立的银鲫卵母细胞体外诱导成熟技术为银鲫和其他鱼类卵母细胞发育过程研究及其相关基因和细胞显微操作提供了技术平台。     

m6A甲基转移酶METTL3在胚胎发育中的作用研究进展

胚胎发育调控机制是一个非常重要的生物学基础问题，而其中的表观遗传学机制成为最近的研究热点。研究发现，甲基转移酶样3 (methyltransferase-like 3,METTL3)催化产生的m⁶A修饰在卵母细胞成熟、母源-合子转化、胚胎干细胞命运调控以及血管生成等胚胎发育过程中发挥重要作用。同时，靶向METTL3的化合物也不断被发现与合成，有望应用于m⁶A相关疾病的靶向治疗。本文就METTL3的结构、催化机制、调控机制、在RNA代谢和胚胎发育中的作用以及METTL3靶向化合物进行介绍。     

哺乳动物卵母细胞生发泡移植

生发泡(GV)移植是指将GV期卵母细胞的GV移入到去核的受体细胞(GV期卵母细胞、MII期卵母细胞或受精卵)透明带下,经融合形成一个重组卵的过程。GV移植对研究卵母细胞的细胞周期调控、成熟及受精时细胞核与细胞质之间的相互作用非常重要,可用于研究卵母细胞减数分裂异常和与年龄相关变化之间的关系及细胞质衰老与卵母细胞非整倍性之间的关系。现简要介绍了GV移植的基本程序,GV核体与胞质体的融合,重组卵的培养条件,重组卵成熟后的受精、人工激活和胚胎发育能力以及GV移植的意义。     

鱼类卵子质量研究及其关键科学问题

卵子质量(卵质)是一种复杂的生物学特性,是决定雌性动物生殖能力的主要因素。鱼类卵质通常指卵子的受精能力及支持胚胎正常发育的能力,它直接关系到受精卵的形成、胚胎的早期发育及仔、稚、幼鱼的成活与生长,是决定鱼类繁育成功和养殖效率的首要环节。对卵质进行客观而准确的评估,提升卵子质量,以获得大量高质量的成熟卵,是水产种业和养殖业发展的重要前提。理论上,鱼类的卵质由卵子中所储存的所有母源物质的集合及其时空分布格局所共同决定。文章综述了鱼类卵子的发生和成熟及鱼类卵质评估标准的研究现状,重点评述了以斑马鱼为模型所开展的母源因子对卵子质量的调控研究。最后,提出了鱼类卵质研究中亟待研究和解决的重要科学问题,即需要重点研究卵原细胞-卵母细胞转换、卵母细胞-卵子转换、卵-胚转换、胚胎-仔鱼转换、仔-稚鱼转换等决定卵质和受到卵质影响的关键生物学事件。