哺乳动物精子中的ZP3结合蛋白研究进展

哺乳动物卵透明带糖蛋白ZP3(zona pellucida3)是介导精卵初级结合、诱发精子发生顶体反应的关键分子。目前已在精子中发现多种ZP3结合蛋白。95kD酪氨酸激酶受体可能通过其酪氨酸激酶活性介导ZP3诱发的顶体反应。β—1,4—半乳糖基转移酶与ZP3的糖基结合后,通过激活下游信号分子诱发顶体反应。精子蛋白sp56可能介导了顶体反应期间顶体基质与ZP之间的相互作用。透明带粘附素(zonadhesin)也是在顶体反应发生之后才与ZP发生相互作用。这些精子蛋白介导的下游信号事件将是下一步研究的热点。     

卵透明带ZP3的研究及其应用

卵透明带蛋白围绕在卵母细胞外,在受精过程中起着重要作用。ZP3蛋白是卵透明带蛋白家族中的重要成员,在功能上,ZP3作为初级精子受体,起始精卵结合和顶体反应。由于ZP3在受精中的重要作用,它成为免疫避孕的有效靶点。ZP3蛋白疫苗和DNA疫苗可以诱导机体产生较强的免疫反应,导致生育降低,同时带来一定程度的副作用。本文重点介绍了ZP3的免疫特性及其应用。     

卵母细胞透明带异常及其对助孕结局影响的研究进展

人类透明带(zona pellucida,ZP)是在卵泡发生过程中由卵母细胞和颗粒细胞共同分泌的由ZP1-ZP4四种糖蛋白分子组成的高度有序结构,它与卵母细胞的成熟、受精、胚胎发育及妊娠结局等预后紧密关联。许多生殖中心实验室发现有些患者的卵出现全部或部分的透明带异常,而且不同实验室发现的透明带异常类型各异。研究发现这些透明带异常与卵母细胞受精、胚胎发育及临床结局有一定的相关性。本文综述了关于透明带异常及其对卵母细胞受精、胚胎发育潜能和临床结局的影响的研究进展。     

重组人卵透明带ZP3蛋白在毕赤酵母中的表达

利用P.pastoris表达人卵透明带ZP3蛋白。设计特定引物从全长hZP3 cDNA上扩增含跨膜区序列的人卵透明带ZP3基因片段,并在N末端接上串联组氨酸编码序列的重组基因序列;扩增片段插入表达载体pPIC9K中;线性化后的重组质粒转入P.pastoris中,用高浓度G418筛选高拷贝菌株,然后甲醇诱导目的蛋白表达。用SDS-PAGE和Western blot分析表达产物。结果发现P.pastoris表达的人ZP3蛋白可以分泌到培养液中,并且可溶性好。纯化前后的重组人ZP3蛋白均能与兔抗猪ZP3蛋白抗体发生交叉反应,证实表达的目的蛋白具有反应原性。     

人及哺乳动物受精与糖蛋白的关系

越来越多的研究表明精卵识别与精子质膜及卵透明带中所含糖蛋白有直接关系。在精卵识别中存在着精子受体和卵透明带（zona pellucida,ZP）配体相互作用的糖类识别机制及精子质膜与卵子质膜的糖蛋白识别。本文主要从结构功能上对与受精相关的精卵表面糖蛋白作一介绍。卵子表面受精相关的糖蛋白主要是ZP1、ZP2、ZP3。与卵子表面糖蛋白相比,精子表面参与精卵识别的糖蛋白种类较多,在SP56、SP95、PH－20、FA－1、甘露糖结合蛋白、顶体素、fertilin蛋白等。     

哺乳动物受精过程中精子和透明带的初级及次级结合

在哺乳动物的受精过程中,获能的精子穿过卵丘细胞层到达卵子透明带后,精子头部便结合在透明带的表面上.精子和透明带的结合可以分为初级结合和次级结合两个阶段,初级结合是指二者在顶体反应之前的结合,次级结合是指二者在顶体反应之后的结合.精子和透明带的结合是精子顶体反应和精子入卵的先决条件,是哺乳动物受精过程中非常重要的环节,涉及到精子以及透明带的多种蛋白质分子之间的相互作用.这方面的研究工作主要是以小鼠为实验对象进行的,在其他哺乳动物中也有很多报道.本文将主要以小鼠为例,概述哺乳动物受精过程中精子和透明带结合的分子机制,并兼述在二者的结合过程中透明带糖蛋白ZP3对精子顶体反应的诱导作用.     

猪卵透明带ZP3α真核表达载体的构建及体外瞬时表达

目的：构建猪卵透明带zP3α真核表达栽体,为探讨卵透明带DNA疫苗避孕疫苗奠定基础。方法：采用PCR法获得了去除N端信号肽序列和C端跨膜区序列的猪卵透明带ZP3α的cDNA序列片段,以专门用于发展DNA疫苗的质粒pVAX1为载体构建了真核细胞表达质粒pvAX1-pZP3α。通过脂质体转染将之导入HeLa细胞进行体外瞬时表达,然后采用RT—PGR和间接免疫荧光技术(IIF)检测pZP3α在mRNA水平的转录和蛋白质水平上的表达。结果：真核细胞表达质粒pVAX1-pZP3α构建成功,用RT-PCR和IIF技术检测到了pZP3α在HeLa胞中的转录与表达。结论：真核表达载体pVAX1—pzP3aα的成功构建和表达为研制开发有效的人用卵透明带DNA避孕疫苗奠定了基础。     

透明带的精子受体在ZP3的O—糖链上

哺乳动物的受精过程主要包括几个步骤 ,精子与卵子相遇后 ,精子结合到卵透明带上 ,引起精子的顶体反应 ,随后精子穿透透明带与卵细胞融合受精。精卵结合具有种属特异性 ,这种特异性结合是由精子表面的特异蛋白和卵透明带糖蛋白通过受体配体模式进行的。但是 ,卵透明带上的什么物质与精子识别和结合呢 ?近 30年来 ,这一领域的研究很活跃 ,也取得了很大的进展。1 .小鼠透明带糖蛋白ＺＰ3作为精子受体透明带是卵细胞膜外的一层特殊的非细胞结构 ,是精子与卵细胞识别和结合的部位。小鼠和其它研究过的哺乳类的透明带都是由少数几种糖蛋白组成 ,…     

免疫不育疫苗的研究进展

免疫不育疫苗主要以哺乳动物的精子或卵子蛋白以及在受精和胚胎早期发育过程中发挥重要作用的激素为靶抗原。以激素为抗原的不育疫苗产生的不育效果多为不可逆的,且对机体损伤较大。以精子表面抗原制备的疫苗能够诱导产生精子抗体和不育效果,目前已成为避孕研究的一个热点。哺乳动物卵透明带（zona pellucida,ZP）是覆盖于卵母细胞及着床前受精卵外的一层基质,其在调节精卵特异性结合、诱导获能精子发生顶体反应和阻止多精受精等方面发挥着重要作用。ZP相对分子质量较小且免疫原性强,是免疫不育疫苗理想的靶抗原,抗ZP抗体可阻断精卵结合,故可被用作人类避孕和免疫不育控制有害动物种群数量的靶抗原,但人用ZP疫苗免疫机体后造成的卵巢功能损伤和免疫抑制等问题尚有待明确。     

人卵透明带蛋白ZP3a和ZP3b肽段的免疫原性及其抗血清体外抑制人精子-半透明带结合

分析大肠杆菌表达的重组人卵透明带-3（r-huZP3）蛋白两个肽段（r-huZP3a^22-176及r-huZP3b^177-348）的免疫原性,比较两者抗血清体外抑制人精子-半透明带结合的能力。以制备性聚丙烯酰胺凝胶电泳（PAGE）纯化的大肠杆菌表达蛋白为抗原,主动免疫新西兰兔产生抗huZP3a^22-176及huZP3b^177-348抗血清：通过ELISA测定比较两者的抗体应答水平;以蛋白印迹和免疫组化方法测定两者抗血清同重组表达蛋白、大然人卵ZP以及卵巢组织的反应性;通过竞争性半透明带结合试验（hemizona assay,HZA）观察两者抗血清体外抑制人精子-ZP结合能力。结果显示：未与人分子蛋白载体耦联的r-huZP3a^22-176和r-huZP3b^177-348抗原都在免疫兔中产生了较高的抗体滴度,而且它们的抗血清可识别人肠杆菌表达的各自重组ZP3肽以及人卵细胞表面天然ZP,两者抗血清也都能在体外抑制人精子-ZP结合。由此可见,r-huZP3^22-176及r-huZP3b^177-348蛋白具有良好免疫原性,所产生抗血清也都显示出细胞和组织特异性。因此,单一或合并两个huZP3肽段均可作为抗原研制检测不明原因性不孕妇女中是否存在抗自身ZP抗体的诊断试剂盒,另外它们的抗血清也能用于鉴定已知huZP3表位肽段的最小B-细胞表位基序。     

重组真核质粒pCMV4-rZP3′构建及在小鼠体内的表达

选取兔透明带ZPC基因序列的部分片段（编码263－415位的氨基酸,rZP3′）作为靶抗原,构建兔ZP3′基因疫苗,研究其阻断受精的效果。提取成熟雌兔卵巢的总RNA,RT－PCR克隆兔透明带ZPC的cDNA,直接插入到克隆质粒PCRR2．1中,构建克隆质粒PCRR2．1－rZP3′,再将靶片段用HindⅢ、X-bal双酶切从克隆质粒PCRR2．1－rZP3′切下,1％的低熔点琼脂糖电泳回收,亚克隆到真核表达质粒pCMV4中,构建真核表达质粒pCMV4-rZP3′。将质粒直接注射到活体小鼠的大腿内侧肌肉中,在mRNA水平上观察到质粒能在肌肉细胞中正确表达,并且其表达可以维持12周以上。     

哺乳动物透明带糖蛋白及其生物活性

透明带在哺乳动物的受精过程中发挥着重要作用,透明带化学成分及其生物活性的研究对于了解精卵识别、顶体反应的诱导等过程的分子机理具有重要意义．近10年来的研究表明透明带主要由糖蛋白（ZPGPs）组成,是在细胞质内合成后转移至透明带的.大多数动物的ZPGPs为4～5种,不同种类动物的ZPGPs的氨基酸序列存在高度同源性.在受精过程中,ZPGPs具有精子受体和诱导顶体反应的双重作用,ZPGPs含有N－连接和O－连接寡聚糖,这些寡糖链是ZPGPs行使生物活性不可缺少的部分．     

卵母细胞特异表达φC31整合酶载体pZP3-INT的构建及其在小鼠卵母细胞中的表达

链霉菌噬菌体φC31整合酶是一种位点特异性重组酶(Site-specific recombinase,SSR),可介导链霉菌噬菌体attP位点(Phage attachment site)和链霉菌基因组attB位点(Bacterial attachment site)间的单向重组.为探讨它能否应用于卵母细胞特定基因的重组,文章采用卵巢针刺取卵法采集生发泡(GV)期小鼠卵母细胞,将卵透明带糖蛋白3(ZP3)启动子驱动φC31整合酶表达载体pZP3-INT和检测φC31整合酶位点特异性重组功能的重组质粒载体pBCPB+,通过显微注射导入到小鼠卵母细胞中.培养48 h后,RT-PCR检测φC31整合酶mRNA表达以及PCR检测pBCPB+载体发生重组的情况.结果表明:载体pzP3-INT在卵母细胞中表达φC31整合酶mRNA;并且pBCPB+载体发生了位点特异性重组,提示φC31整合酶在卵母细胞中可以介导位点特异性重组反应.     

卵母细胞特异表达ФC31整合酶载体pZP3－INT的构建及其在小鼠卵母细胞中的表达

链霉菌噬菌体ФC31整合酶是一种位点特异性重组酶（Site—specific recombinase,SSR）,可介导链霉菌噬菌体attP位点（Phage attachment site）和链霉菌基因组attB位点（Bacterial attachment site）闻的单向重组。为探讨它能否应用于卵母细胞特定基因的重组,文章采用卵巢针刺取卵法呆集生发泡（GV）期小鼠卵母细胞,将卵透明带糖蛋白3（ZP3）启动子驱动的ФC31整合酶表达载体pZP3－INT和检测qbC31整合酶位点特异性重组功能的重组质粒载体pBCPB^＋,通过显微注射导入到小鼠卵母细胞中。培养48h后,RT-PCR检测ФC31整合酶mRNA表达以及PCR检测pBCPB^＋载体发生重组的情况。结果表明：载体pZP3-INT在卵母细胞中表达ФC31整合酶mRNA;并且pBCPB^＋载体发生了位点特异性重组,提示ФC31整合酶在卵母细胞中可以介导位点特异性重组反应。     

蛋白水解酶抑制剂对人精子穿透去透明带田鼠卵子的抑制作用

本文研究了慈姑和天花粉两种天然的蛋白水解酶抑制剂对人精子穿透去透明带田鼠卵子的影响。结果显示:(1)在人精子获能期1.0×10~(-3)mol/L天花粉抑制剂可使人精子的穿卵率明显下降(P<0.01),而同样浓度的慈姑抑制剂,作用不明显。(2)去透明带田鼠卵子预先用抑制剂处理0.5h,被获能精子的穿卵率和未用抑制剂处理的卵子相似。(3)在获能后的人精子和去透明带田鼠卵子孵育期,两种抑制剂的浓度为0.5或1.0×10~(-3)mol/L时,精子的穿卵率明显下降。(4)在人精子获能期及人精子/去透明带田鼠卵子孵育期,两种抑制剂的浓度为1.0×10~(-3)mol/L时,均使精子的穿卵率下降(P<0.01),而抑制剂的浓度为1.0×10~(-4)mol/L时,作用不明显。(5)抑制剂不影响人精子的活动能力。这样看来,涉及精子穿透卵子的酶体系受到了蛋白酶抑制剂的影响。     

卵母细胞特异表达fC31整合酶载体pZP3-INT的构建及其在小鼠卵母细胞中的表达

链霉菌噬菌体fC31整合酶是一种位点特异性重组酶(Site-specific recombinase, SSR), 可介导链霉菌噬菌体attP位点(Phage attachment site)和链霉菌基因组attB位点(Bacterial attachment site)间的单向重组。为探讨它能否应用于卵母细胞特定基因的重组, 文章采用卵巢针刺取卵法采集生发泡(GV)期小鼠卵母细胞, 将卵透明带糖蛋白3(ZP3)启动子驱动的fC31整合酶表达载体pZP3-INT和检测fC31整合酶位点特异性重组功能的重组质粒载体pBCPB⁺, 通过显微注射导入到小鼠卵母细胞中。培养48 h后, RT-PCR检测fC31整合酶mRNA表达以及PCR检测pBCPB⁺载体发生重组的情况。结果表明: 载体pZP3-INT在卵母细胞中表达fC31 整合酶mRNA; 并且pBCPB⁺载体发生了位点特异性重组, 提示fC31整合酶在卵母细胞中可以介导位点特异性重组反应。     

α-D-甘露糖残基在猪透明带中的分布及其在受精中的作用

为证明α-D-甘露糖残基在猪透明带中的分布及其在受精中的作用,用异硫氰酸荧光素络合小扁豆凝集素(fluorescein isothiocyanate-labelled Lens culinaris,FITC-LCA,一种D-甘露糖特异结合植物凝集素)标记去除卵丘细胞的体外成熟猪卵母细胞,用于观察LCA的标记情况及体外受精,并用甘露聚糖进行体外受精的竞争抑制实验及检测对精子顶体反应的影响.结果显示,LCA均匀标记于整个透明带且呈强荧光反应;LCA标记能够显著减少透明带表面精子结合数量并几乎完全阻断卵母细胞的受精能力;甘露聚糖能够显著降低透明带精子结合数量和卵母细胞的受精率;甘露聚糖在精子培养的不同时间段上都能明显增加顶体反应的精子数量.这些结果表明,猪透明带糖蛋白上的α-D-甘露糖残基是精子受体的重要组成部分,它能够诱导精子发生顶体反应,促进精子侵入透明带.     

α-D-甘露糖残基在猪透明带中的分布及其

为证明α-D-甘露糖残基在猪透明带中的分布及其在受精中的作用, 用异硫氰酸荧光素络合小扁豆凝集素(fluorescein isothiocyanate-labelled Lens culinaris, FITC-LCA,一种D-甘露糖特异结合植物凝集素)标记去除卵丘细胞的体外成熟猪卵母细胞, 用于观察LCA的标记情况及体外受精, 并用甘露聚糖进行体外受精的竞争抑制实验及检测对精子顶体反应的影响. 结果显示, LCA均匀标记于整个透明带且呈强荧光反应; LCA标记能够显著减少透明带表面精子结合数量并几乎完全阻断卵母细胞的受精能力; 甘露聚糖能够显著降低透明带精子结合数量和卵母细胞的受精率; 甘露聚糖在精子培养的不同时间段上都能明显增加顶体反应的精子数量. 这些结果表明, 猪透明带糖蛋白上的α-D-甘露糖残基是精子受体的重要组成部分, 它能够诱导精子发生顶体反应, 促进精子侵入透明带.     

小鼠卵ZP3蛋白的可溶性表达、纯化及免疫活性鉴定

哺乳动物卵透明带3(Zona pellucida 3,ZP3)在诱导获能精子发生顶体反应中发挥着重要作用,其在大肠杆菌中主要以包涵体形式表达。本研究在大肠杆菌中诱导表达可溶性的mZP3融合蛋白,并鉴定该蛋白的免疫活性。将小鼠卵透明带3克隆至pMAL-p2x质粒,转化至大肠杆菌BL21表达菌中。用不同温度、不同IPTG浓度、不同诱导时间及不同浓度的添加剂诱导目的蛋白表达,以筛选出mZP3融合蛋白可溶性表达的最佳条件。大量表达纯化后以Western blotting和ELISA检测蛋白的免疫活性。酶切鉴定及DNA测序表明mZP3已克隆入pMAL-p2x质粒。经优化诱导表达条件,筛选出mZP3融合蛋白可溶性表达的最佳条件为:当A600为0.6时添加0.02 mol/L葡萄糖,以0.6 mmol/L IPTG于25oC条件下诱导表达4 h。ELISA及Western blotting检测结果表明诱导表达的蛋白具有免疫活性。在大肠杆菌中表达并纯化获得可溶性mZP3蛋白,为mZP3免疫不育疫苗研制及其免疫效果检测提供了可溶性抗原。     

重组猪卵透明带-3α抗原及其抗体的制备

目的:制备重组猪卵透明带-3α(rpZP3α)抗原及其抗体供发展避孕疫苗研究。方法:在2L发酵罐中接种毕赤酵母GS115-pZP3α工程菌,高密度发酵表达rpZP3α蛋白,表达的蛋白经螯合镍离子的亲和柱纯化后,用SDS-PAGE和Western blot进行鉴定,以Quantity One软件对rpZP3α进行定量分析。rpZP3α免疫家兔,间接免疫荧光法检测抗血清对rpZP3α和猪卵透明带的抗体反应。IVF试验体外检测抗rpZP3α抗体对猪、小鼠精卵结合的影响作用。结果:工程菌高密度发酵产物经分离纯化后获得能与抗pZP3抗体反应的46kD成分,平均产量为8mg/L,用其免疫家兔获得抗rpZP3α抗血清,间接免疫荧光法分析显示此抗血清能与猪卵透明带反应,产生亮绿荧光。体外精卵结合试验中,随着兔抗rpZP3α抗血清浓度的加大,其对猪、鼠精卵结合的抑制作用也增强。ELISA结果显示抗rpZP3α抗体与rpZP3α蛋白以及天然pZP3蛋白两种抗原反应的强度和趋势基本一致。结论:通过酵母体系制备的rpZP3α及其抗体具有免疫学活性。