卵子发育过程中染色质重构和基因转录调控

因此下述事实均证明， 卵子的 SN 结构应该代 表一种更为高级的发育状态： ①在窦前卵泡中，仅 存在 NSN 结构；SN 结构最初出现于出生后 17 d 左 右雌鼠中，为排卵前卵子的主要结构。 ②NSN 型卵 子直径较小。 ③NSN 型卵子体外培养时间长，成熟 率低。 ④SN 型卵子体外培养受精后发育至 4 细胞 期的比例高。
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国际生殖健康 ／ 计划生育杂志 2009 年 1 月第 28 卷第 1 期 J Int Reprod Health蛐Fam Plan, Jan． 2009, Vol． 28, No． 1
生殖医学（辅助生殖技术）
·综 述·
卵子发育过程中染色质重构和基因转录调控章 瑜综 Nhomakorabea 黄荷凤审校
【摘 要】 卵子发育是复杂的生理过程。 卵子发育过程中染色质结构发生显著的变化，经历由非环 绕核仁型向环绕核仁型卵子的转变，并伴随基因转录活性的改变。 表观遗传修饰在染色质重构和基因转 录调节中发挥重要作用，主要通过组蛋白乙酰化/去乙酰化的平衡实现。 颗粒细胞和卵细胞胞质的积聚 可能为卵子染色质重构和转录抑制提供初始信号。 对卵子发育过程中染色质结构和基因转录调控的表 观遗传学变化综述。
卵子的发育 卵细胞发育在卵巢内进行，经历增殖期、生长 期和成熟期 3 个发育阶段。 哺乳动物在胚胎期由卵 黄囊内胚层经过变形运动沿后肠系膜迁移到生殖
基 金 项 目 ：国 家 自 然 科 学 基 金 （编 号 ：30671161 ） 作者单位：310006 杭州，浙江大学医学院附属妇产科医院
腺的原始生殖细胞， 在性别分化后形成卵原细胞， 经过一定次数的有丝分裂增加同类型细胞的数量， 然后由卵原细胞发育形成初级卵母细胞。 继而，初 级卵母细胞进行生长、发育，积累各种营养物质，进 行卵质分化及结构建造，合成和贮存胚胎发育所需 的各类信息。 初级卵母细胞完成生长后，进行两次 成熟分裂。 在此过程中出现两个停滞现象。 第 1 次 停滞是在第 1 次成熟分裂的前期（MⅠ）的 双线期， 此时，高度分散的染色质周围有完整的核膜，称为 生发泡期（germinal vesicle，GV），卵在等待促性腺激 素的信号或从抑制卵泡发育的环境中释放；第 2 次 停滞在第 2 次减数分裂中期（MⅡ），卵等待受精。 卵 巢中的卵母细胞在发育的过程中并不是独立的，而 是与其外周的卵泡细胞共同形成卵泡，以各期卵泡 的形式共同发育。
【Abstract】 Oocyte maturation is a complex physiological procedure. During oogenesis, oocyte nucleus exhibits a unique chromatin configuration, which changes from non-surrounded nucleolus (NSN) to surrounded nucleolus (SN) accompanied with the alteration of gene transcriptional activity. Epigenetic modification plays an important role in this large scale chromatin modification and gene transcriptional regulation, which is mainly regulated by the balance of histone acetylation/deacetylation. Some signals provided by accumulating of granulosa cells and the cytoplasm of the oocyte, may play a role in this process. Recent findings that provide mechanistic insight into complex relationship between chromatin modification and gene transcriptional regulation during oogenesis will be discussed.
卵子发育过程中的染色质重构 卵细胞发育过程中， 细胞核发生着重要的变 化，染色质结构和功能发生动态改变。 根据染色质 结构可将卵细胞分为两类［2］：①环绕核仁（surrounded
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【关键词】 卵子； 表观遗传学； 染色质重构； 基因转录； 组蛋白
Chromatin Reconstruction and Gene Transcriptional Regulation During Oogenesis ZHANG Yu, HUANG Hefeng. Affiliated Hospital for Gynaecology and Obstetrics of Medical College of Zhejiang University, Hangzhou 310006, China
卵子染色质重构和基因转录调控 在人类和鼠的卵子中，染色质发生大范围的结 构调整，即 NSN 和 SN 结构的转变与卵子基因代谢 状态改变关系密切。 对卵子体内发育和体外培养模 型的研究均 发现，NSN 型 卵 子 呈 现 高 转 录 水 平 ，可 以合成各种类型的 RNA，而 SN 型卵子则呈转录的 全面抑制状态［7］。 NSN 结构向 SN 结构转变，形成转 录静止，排卵前卵子依靠储存的母源转录产物完成 第 1 次减数分裂。 在随后的受精和早期胚胎发育过 程中，转录仍呈抑制状态。 因此，转录静止对卵子成 熟和早期胚胎发育是关键，而且转录抑制的时机选 择对后续胚胎发育也非常关键。 人为延长转录抑制 向减数分裂转变的时间（4～6 d：鼠的 1 个月经周期） 会降低胚胎的分裂率和囊胚形成率［8］。 因此，GV 期 染色质重构是卵子基因转录调控的一种重要方 式。 染色质重构对卵子减数分裂和发育能力有重 要影响。 多项研究证实， 两种类型卵子的转录活性不 同。 NSN 型和 SN 型窦腔卵泡卵子的基因产物不同。 Gentile 等［9］应用单细胞半定量逆转录聚合酶链反应 （RT-PCR） 研究 Cpt1 和 Cpt2 两种代谢基因的相对 量， 发现 Cpt1 转录产物仅 存在于 NSN 型卵 子中 ； Cpt2 转录产物在 NSN 型卵子中含量约为 MⅡ卵子 的两倍，而在 SN 型卵子中含量与 MⅡ卵子相似，分 为高含量和低含量两组。 另有学者对两种类型鼠卵 子的 polⅠ和 pol Ⅱ依赖性转录活性的研究发现，无论 年 龄和卵泡的 大 小 ，SN 结 构 卵 子 的 polⅠ和 pol Ⅱ 依赖性转录静止，而 NSN 卵子具有转录活性，而且 当浓缩的染色质开始形成环形环绕核仁时，转录活 性即降至零。 尽管染色质重构与转录抑制的相关性具有重
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nucleolus，SN）型 ：特 征 是 有 一 个 Hoechst 染 色 阳 性 的染色质环环绕核仁，染色质聚集呈细丝状。 ②非 环绕核仁（not surrounded nucleolus，NSN）型：特征是 Hoechst 染色阳性的染色质分散， 不形成环绕核仁 的染色质环形结构。 GV 期卵母细胞的染色质是一 种疏松的状态，即 NSN 型，在外来信号的刺激下，卵 母细胞恢复减数分裂，在光镜下可以看见细胞核膜 破裂，核仁消失，核内物质与核质混合，此过程即为 生发泡破裂（germinal vesicle break down，GVBD）。 在 此过程中， 起初分散的染色质显著凝集在核膜内 缘，与核膜分解同步进行，同时，染色质变为异染色 质并包含致密颗粒， 形成一个异染色质环围绕核 仁，形成 SN 结构。 这种大范围的染色质结构改变已 在多种哺乳动物的卵细胞中发现，包括人类、牛和 鼠等［3］。 但是，羊［4］和马［5］的卵细胞例外，其染色质凝 集发生在卵子发育的最后阶段，形成不同的结构。
对鼠卵细胞 的研究发现 ，NSN 和 SN 这 2 种 卵 细胞核型在卵子成熟过程中均存在［2］。 最初，卵子在 减数分裂Ⅰ的双线期处于 NSN 型， 随着卵 子的发 育，或 者保持 NSN 结构 ，或者向 SN 结 构转 变 。 SN 型结构最早在直径达到 40～50 μm 的卵母细胞中发 现，此直径的卵子中约占 5％。 而在直径 70～80 μm 的卵母细胞中，SN 型卵子所占比例增高，约50％。 与 此相应，随着雌鼠年龄增大，NSN 型和 SN 型卵子的 比例发生显著变化。 在 1 周龄雌鼠中，卵泡未达到 窦腔水平（卵子直径＜40 μm），故卵子核型均呈 NSN 结构；2 周龄雌鼠中一部分卵泡达窦腔水平，小部分 卵子呈现 SN 结构；4 周龄左右，鼠进行第 1 次排卵 期间，大部分卵泡达窦腔水平，NSN 和 SN 结构卵子 比例接近。 到 56 周龄以上时，SN 期卵母细胞占到 90％。 促性腺激素作用能够提高 NSN 向 SN 结构转 化的比例。 如，4～6 周的雌鼠注射马血清促性腺激素 （PMSG）的 48 h 后，SN ／ NSN 卵子的比例明显增高， 而 在 注 射 人 绒 毛 膜 促 性 腺 激 素 （hCG）、 排 卵 之 后 ， 该 比例恢复至两者接近水平。
有研究提出 NSN 结构可能代 表一种不成 熟状 态 ，不 能 引 发 排 卵 ，而 必 须 在 排 卵 前 向 SN 结 构 转 变［2］。 此外，也有学者提出，尽管在体外培养过程中， 两 种 类 型 的 卵 子 都 能 发 生 生 发 泡 破 裂 ，SN 型 卵 子 代表更成熟的阶段，对后续的受精和胚胎发育均有 影响。 如 NSN 型卵子培养到 MⅡ，体外受精后合子 不能发展到 2 细胞阶段以上， 而 SN 型卵子受精后 可以发育到囊胚阶段。 而在鼠类中，2 细胞期正是胚 胎 基 因 活 化 （EGA） 时 期 ， 是 胚 胎 发 育 必 须 越 过 的 第