卵母细胞成熟过程中一些重要分子的作用.pdf
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［%］ 合成 < 微丝的破坏不会影响第一次减数分裂的恢
减数分裂 <
! 卵母细胞成熟过程中的结构特征
!"! 质膜蛋白 用链霉抗生物素&辣根过氧化物酶和增强化学发 光术来选择性检测人卵质膜蛋白，在 C" 期卵质膜 中可确定 !% 条生物素酰化的多肽带 （!$M，!!"，(#， ("，))，)!，MN，M!，’#，’N，’"，N#，NN OP） < 在成熟 过程中，从 ?L 期到 C " 期，总的膜蛋白数量急剧 下降，而 )! OP 多肽从 ?L 期到 C!期和 C" 期出现 上升 < 人卵母 细 胞 间 的 质 膜 蛋 白 模 式 具 有 多 态 现 象 < 用同样技 术 测 定 仓 鼠 和 小 鼠 卵 的 质 膜 蛋 白 模
［*F］ 活性，触发 !5= 激活和 !%5< 级联反应 + !’3 在
+ ,),(-. /* 的翻译效率控制 ! !期定时转换到
后!期 + 注射 ,),(-. /* 反义 "#$% 的卵能够通过 !! 期，但提前排出第一极体，且不能进入 !"期 + ,),(-. /* 合成的抑制仅发生于 !!期末，很可能是由于 ,)0 ,(-. /* "#$% 被保护的缘故 + !"# $%，&’( 和 ’)% 使用逆转录巢式多聚酶链式反应 （ #10.234 56#） 对 78 期人卵和 !" 期人卵进行 90磷酸葡萄糖异构 定量 分 析 + 发 现，在 大 多 数 卵 母 细 胞 中 出 现 编 码 ;<，75: 和 5=< 的转录本，并且它们的表达方式不 同 + 75: 转录本在 78 和 !" 期表现为组成型表达 + 所有卵中 ;< 和 5=< 转录本的表达量低 + 78 和 ! "期卵的 ;< 和 5=< 转录本的表达轮廓反映了卵成 熟过程中出现低水平的转录或母源转录本的活跃翻 译 + ;< 和 5=< 也 可 能 以 蛋 白 （酶） 而不是以母源 "#$% 的形式进行积累 + 在人卵成熟过程中，糖酵 解代谢的表达通路反映了转录和翻译水平上的基因
［+］
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&’() 和 *() 在体外成熟过程中，牛卵丘4卵母细胞复 合 体
的 ABCD 的表达发生变化，它可能是显示卵 （#@#0） 母细胞发育能力的一种标志 " 成熟培养 8 E * F 时， ABCD ,-./ 最高，接着下降 " 在成熟培养 * E 2! F 的过程中， #@#0 的 GCD ,-./ 的相对量不会改变 " 在较差质量的 #@#0 中， ABCD ,-./0 和 GCD ,-./0
$""%&"’&$( 收稿，$""%&"#&") 收修改稿 （ *+,-.&"’&"!） " 中国科学院知识创新工程重大项目资助 " " 联系人， /&0123：456789: ;1781< 2=>< 14< 17
复和 C!纺锤体的形成，但会抑制细胞周期的连续 进行 （如染色体分开） < 一旦染色体定位于卵膜下，
［*>］ 表达和调控涉及到不同的机制 +
酶 （75:） ，己糖激酶 （;<） 和磷酸果糖激酶 （ 5=<） 进行ຫໍສະໝຸດ Baidu
脊椎动物 减 数 分 裂 中 起 关 键 作 用 + 在 非 洲 爪 蟾 卵 中，!’3 可作为减数分裂开始的一种指示 + !’3 是 胞质静止因子 （ 6E=） 的成分之一，与 ! " 期停顿有 关，其功能是通过 !%5< 来调节的 + 在金鱼卵中， !’3 在 78/? 开始前出现，在 ! " 期升至最高，受 精后消失 + !%5< 在 !’3 合成后但在 !5= 激活前被 激活，其活性在 !" 期达到高峰 + 向未成熟金鱼卵 母细胞中注入非洲爪蟾 ,0!’3 "#$% 会诱导 !%5< 激活，但无 !5= 激活和 78/? 出现 + 相反，将金鱼 ,0!’3 反义 #$% 注入激素处理过的卵母细胞中，会 抑制 !’3 合成和 !%5< 激活，但卵发生 78/?+ 因 此，尽管 !’3 G !%5< 通路有作为 6E= 的功能，它对
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细胞周期蛋白 -!
细胞周期蛋白 &1 （I>I=JK &1） 是减数分裂成熟过程 中最重要蛋白之一，它的合成和降解对减数分裂的连 续性是必需的 " 注入 I>I=JK &1 ,-./ 的卵母细胞表现
化，说明在卵的成熟过程中，存在层粘连蛋白表达
I
第 !" 卷
第!期
#$$" 年 ! 月
为两种表型：大多数卵停滞于 !! 期，而其余则提前 排出第一极体，这些效应与 "#$% 的 &’() （%） 尾长度 有关
卵母细胞 成熟 结构特征 基因表达 调控机制
卵母细胞完成生长后，往往停顿于第一次减数 分裂前期 < 对许多无脊椎动物来说，卵的成熟过程 仅进行至第一次减数分裂中期，此时卵具有受精能 力 < 脊椎动物卵母细胞减数分裂成熟的特征是第一 ，染色 次减数分裂的恢复包括生发泡破裂 （ ?LBH） 体凝聚和纺锤体形成；第一次减数分裂过渡到第二 次减数分裂，并在胞质静止因子的作用下停顿于第
［?］ 翻译活化是有效的 "
!"#
皮质颗粒迁移 在大多数动物中，皮质颗粒 （ #$） 在精卵融合后
发生胞吐，其内容物释放，从而创造一个可以阻断 多精入 卵 的 胞 外 基 质 " #$ 在 卵 发 生 过 程 中 合 成， 并在减数分裂过程中移至细胞表面 " #$ 转移要求 与微丝而非与微管相结合 " 在 $%&’ 后， #$ 与微丝 相连并迁移至卵的皮质 " 成熟促进因子的活化刺激 了 #$ 囊泡与微丝相连，在 #$ 转运中是一关键的调
第 !" 卷
［!］ 它们锚定于皮质就不再依赖于微丝或微管 "
第!期
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+
的转录后调控机制 " 在减数分裂成熟的任何阶段， 尽管总的层粘连蛋白 ,-./ 水平未显著改变，但含 大量 ;<=>（/） 的 ,-./ 水平出现变化，这些变化与 层粘连蛋白链类型和减数分裂阶段有关 " 在卵的成 熟过程中出现 / 和 &1 链的不连续和时间依赖性的 去腺苷化 " ;<=>（ /） 尾的修饰依赖于减数分裂恢复 的开始 " 在 $% 阶段，&1 链处于高度多聚腺苷化状 态，当减数分裂进行时，出现随后的去腺苷化 " 尽 管在完全生长和具有减数分裂能力的小鼠卵中发现 所有层粘连蛋白链的 ,-./0，而蛋白印迹分析表明 仅在 $% 期和极体阶段的卵中存在 &1 链多肽，说明 小鼠卵中层粘连蛋白 &1 的表达可能是由于大量的 &1,-./ 转录本存在或其高度的多聚腺苷化状态对
层粘连蛋白 D 和 B! 链 0EFD 出现去腺苷化 < GH/% 在减数分裂恢复的信号通路中起关键作用 < C=I 是卵母细胞成熟的一种起始物，并与 C"期停顿有关 < FJ 是卵母细胞减数分裂的一个关键调节分 子 < 在卵母细胞成熟过程中，胞内钙浓度增长 < DKG 在卵丘细胞中诱导的钙信号通过缝隙连接引 起卵母细胞中出现钙波动 < 关键词
征曰良
" 陈大元"
中国科学院动物研究所，计划生育生殖生物学国家重点实验室，北京 !"""#"
摘要
在卵母细胞成熟过程中，质膜蛋白表现出多态现象和高度保守性， ?&14@27 转变成 A&14@27， ,? 转移至皮质区，线粒体迁移至卵的内质区域 < ,94327 B! 的翻译控制 C! 期定时过渡到后 ! 期 <
［9］ 的水平均降低 "
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+( 和 +(,() 在牛卵泡生长和卵母细胞成熟过程中，存在生
长激素 （$C） 的旁分泌或自分泌作用 " 用免疫组织化 学染色法和逆转录酶多聚酶链式反应 （ -345#-） 来检 查卵体外成熟过程中 $C 和 $C-CD 的表达情况 " 培 养开始时，卵母细胞和卵丘细胞分别出现中等和高 程度的 $C 染色 " 在培养过程中，卵丘细胞的 $C 染色程度很少改变 " 培养 2! F 后，+8H 的卵母细胞 缺乏 $C 染色 " 在卵泡壁中，颗粒细胞一直出现 $C 染色而膜细胞中偶尔缺乏 " 在卵泡腔中， $C ,-./ 仅出现于卵母细胞和壁颗粒细胞中 " 在 #@#0、颗粒 细胞或基质中未出现 $C-CD ,-./" 说明卵巢生产
［18］ $C 可能不受 $C-C 的调节 "
% 卵母细胞成熟过程中的基因表达
%"! 层粘连蛋白链 层粘连蛋白链 ,-./0 （/，&1 和 &2） 的表达情况 可以用 -345#- 进行检测 " 在生发泡阶段，/，&1 和 （1 " 6! 7 8 " 19） &2 链 ,-./0 的拷贝数分别是 : 18( ， （* " 9( 7 8 " 62）: 18 和 （ 2 " 8 7 8 " (*）: 18 " 强的 -./ 合成抑制剂 # 4蝇蕈素不影响 ,-./ 水 平 的 变
［**］
性均在减数分裂恢复前增长 + 在大鼠卵母细胞中， 5?@B% 活性的增长是控制减数分裂恢复的一个胞内 机制 + 5?@B% 在非洲爪蟾卵中的异源表达导致卵的 形态 学 变 化， 出 现 减 数 分 裂 恢 复， !’3 翻 译 和 !%5< 磷酸化 + 5?@D 是存在于颗粒细胞的一种磷酸 二酯酶类型，抑制其活性会增强促性腺激素的作用 和促 使 卵 母 细 胞 成 熟， 这 可 能 与 颗 粒 细 胞 中 的 ,%!5 水平提高有关 + *"! ,-. 在孕酮刺激下，处于 7> 期停顿的非洲爪蟾卵 母细胞被诱导进入减数分裂细胞周期 + 对孕酮的早 期反应之一是癌蛋白 ,0!’3 的合成，从而激活 6E=
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第!期
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卵母细胞成熟过程中一些重要分子的作用 !
［!］ 二次减数分裂中期 < 成熟卵在受精后完成第二次
式，发现两者均有 !’ 条蛋白带，其中 !$ 条相似于 人卵 < 因此，人、仓鼠和小鼠的卵质膜蛋白模式是
［$］ 高度保守的 <
!"#
微丝分布 肌动蛋 白 是 哺 乳 动 物 卵 母 细 胞 的 主 要 蛋 白 之
一，哺乳动物卵母细胞的许多发育事件依赖于 A&肌 的正常分布 < 用免疫化学染色和共 动蛋白 （ A&14@2=7） 聚焦显微镜来观察猪卵母细胞中的 ?&和 A&肌动蛋白 分布情况发现，不管卵的发育阶段如何， ?&14@27 分 布于整个卵胞质， A&肌动蛋白分布于卵的皮质和围 （ ,H） 是微丝多聚 绕生发泡的胞质中 < 细胞松弛素 H 化抑制剂，在含 ,H 的培养基中培养的卵母细胞发 生 ?LBH，到达 C!期，但未发育至 C" 期 < 将 ,H 处理过的 ?L 期卵母细胞重新培养于无 ,H 的培养基 中时，卵母细胞重新装配肌动蛋白丝，并发生减数 分裂成熟 < 可见 ?&14@27 转变成 A&14@27 对猪卵母细胞 减数分裂的最终完成起重要作用而不是肌动蛋白的
［(］ 节步骤 " 用 #’ 处理卵会阻止 #$ 迁移，而这种迁
移不会被微管多聚化抑制剂噻氨酯哒唑或秋水仙素 阻断 " #$ 一旦锚定于皮质区，用这些抑制剂中的 任一种处理 ) ! 期卵， #$ 仍停留于皮质区，既不
［*］ 向内迁移也不出现早熟胞吐 " 用噻氨酯哒唑或秋
水仙素来破坏微管，使染色体分散，通常定位于 ) !纺锤体上方的单个无 #$ 区域不会出现，而在每 个染色体上方则出现无 #$ 区域，说明染色体或与 染色体相联系的物质指示了无 #$ 区域的定位 " !"$ 线粒体移位 卵母细胞的成熟与线粒体分布变化相关，线粒 体移位是通过微管而非微丝来调节的 " 在 $% 期至 后"期的 减 数 分 裂 过 程 中，线 粒 体 积 聚 于 核 周 区 域 " 在成熟卵中，线粒体形成大的聚合并迁移至卵 的内质区域 " 用噻氨酯哒唑拆卸微管会抑制卵成熟 过程中线粒体集中到生发泡区域和它们迁移至卵的 内质，而用 #& 破坏微丝对此无影响 " 在体内成熟 卵中，线粒体聚合体分布于整个胞质，而在大多数 体外成熟卵中，在卵的中央质未出现线粒体 质，从而影响卵的胞质成熟 " " 因 此体外成熟条件可能导致线 粒 体 不 能 完 全 移 至 内
减数分裂 <
! 卵母细胞成熟过程中的结构特征
!"! 质膜蛋白 用链霉抗生物素&辣根过氧化物酶和增强化学发 光术来选择性检测人卵质膜蛋白，在 C" 期卵质膜 中可确定 !% 条生物素酰化的多肽带 （!$M，!!"，(#， ("，))，)!，MN，M!，’#，’N，’"，N#，NN OP） < 在成熟 过程中，从 ?L 期到 C " 期，总的膜蛋白数量急剧 下降，而 )! OP 多肽从 ?L 期到 C!期和 C" 期出现 上升 < 人卵母 细 胞 间 的 质 膜 蛋 白 模 式 具 有 多 态 现 象 < 用同样技 术 测 定 仓 鼠 和 小 鼠 卵 的 质 膜 蛋 白 模
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+ ,),(-. /* 的翻译效率控制 ! !期定时转换到
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脊椎动物 减 数 分 裂 中 起 关 键 作 用 + 在 非 洲 爪 蟾 卵 中，!’3 可作为减数分裂开始的一种指示 + !’3 是 胞质静止因子 （ 6E=） 的成分之一，与 ! " 期停顿有 关，其功能是通过 !%5< 来调节的 + 在金鱼卵中， !’3 在 78/? 开始前出现，在 ! " 期升至最高，受 精后消失 + !%5< 在 !’3 合成后但在 !5= 激活前被 激活，其活性在 !" 期达到高峰 + 向未成熟金鱼卵 母细胞中注入非洲爪蟾 ,0!’3 "#$% 会诱导 !%5< 激活，但无 !5= 激活和 78/? 出现 + 相反，将金鱼 ,0!’3 反义 #$% 注入激素处理过的卵母细胞中，会 抑制 !’3 合成和 !%5< 激活，但卵发生 78/?+ 因 此，尽管 !’3 G !%5< 通路有作为 6E= 的功能，它对
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卵母细胞 成熟 结构特征 基因表达 调控机制
卵母细胞完成生长后，往往停顿于第一次减数 分裂前期 < 对许多无脊椎动物来说，卵的成熟过程 仅进行至第一次减数分裂中期，此时卵具有受精能 力 < 脊椎动物卵母细胞减数分裂成熟的特征是第一 ，染色 次减数分裂的恢复包括生发泡破裂 （ ?LBH） 体凝聚和纺锤体形成；第一次减数分裂过渡到第二 次减数分裂，并在胞质静止因子的作用下停顿于第
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层粘连蛋白 D 和 B! 链 0EFD 出现去腺苷化 < GH/% 在减数分裂恢复的信号通路中起关键作用 < C=I 是卵母细胞成熟的一种起始物，并与 C"期停顿有关 < FJ 是卵母细胞减数分裂的一个关键调节分 子 < 在卵母细胞成熟过程中，胞内钙浓度增长 < DKG 在卵丘细胞中诱导的钙信号通过缝隙连接引 起卵母细胞中出现钙波动 < 关键词
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［(］ 节步骤 " 用 #’ 处理卵会阻止 #$ 迁移，而这种迁
移不会被微管多聚化抑制剂噻氨酯哒唑或秋水仙素 阻断 " #$ 一旦锚定于皮质区，用这些抑制剂中的 任一种处理 ) ! 期卵， #$ 仍停留于皮质区，既不
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水仙素来破坏微管，使染色体分散，通常定位于 ) !纺锤体上方的单个无 #$ 区域不会出现，而在每 个染色体上方则出现无 #$ 区域，说明染色体或与 染色体相联系的物质指示了无 #$ 区域的定位 " !"$ 线粒体移位 卵母细胞的成熟与线粒体分布变化相关，线粒 体移位是通过微管而非微丝来调节的 " 在 $% 期至 后"期的 减 数 分 裂 过 程 中，线 粒 体 积 聚 于 核 周 区 域 " 在成熟卵中，线粒体形成大的聚合并迁移至卵 的内质区域 " 用噻氨酯哒唑拆卸微管会抑制卵成熟 过程中线粒体集中到生发泡区域和它们迁移至卵的 内质，而用 #& 破坏微丝对此无影响 " 在体内成熟 卵中，线粒体聚合体分布于整个胞质，而在大多数 体外成熟卵中，在卵的中央质未出现线粒体 质，从而影响卵的胞质成熟 " " 因 此体外成熟条件可能导致线 粒 体 不 能 完 全 移 至 内