三氯卡班对小鼠卵母细胞减数分裂成熟和早期胚胎发育的影响及相关机制

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:li_qinglong
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随着社会的不断发展,环境污染问题愈发突出,对人和动物的机体健康产生了不良影响。大量证据表明,环境污染物的不利影响是雌性生殖力下降的一个重要因素。三氯卡班(Triclocarban,TCC)作为一种广谱的抗菌制剂,被广泛使用于生产和生活中,并在环境中大量存在。人体不仅通过皮肤接触直接暴露于TCC,而且还通过饮食、呼吸等方式吸收TCC,导致其在人体中积累。由于TCC的安全性仍不完全清楚,对人类和动物健康存在的潜在影响尚未明确,这就迫切要求我们对TCC的生殖毒性进行评估。卵母细胞与早期胚胎的正常发育是人类和家畜发挥生殖力的保障,然而,卵子发生和植入前胚胎发育是一个十分敏感的过程,容易受到环境压力的不利影响。TCC对雌性动物卵母细胞减数分裂成熟和早期胚胎发育的影响仍不清楚,因此本实验利用小鼠卵母细胞和早期胚胎体外培养体系,用不同浓度TCC处理卵母细胞和早期胚胎,并运用免疫荧光、染色体爬片、细胞活染和转录组测序等方法来探究TCC对小鼠卵母细胞减数分裂成熟和早期胚胎发育的影响及相关机制。具体研究结果如下:1.TCC对小鼠卵母细胞减数分裂成熟的影响及相关机制研究(1)在卵母细胞体外成熟培养体系中,分别用不同浓度TCC处理卵母细胞14 h,观察第一极体排出(Polar body extrusion,PBE)情况。结果显示,12 μM TCC处理导致PBE率显著下降,将卵母细胞被阻滞在第一次减数分裂前中期(Pro-metaphase of Meiosis I,Pro-MI)和中期(metaphase of Meiosis I,MI)。(2)TCC扰乱减数分裂纺锤体形态和染色体排列,改变微管组织中心(Microtubule organizing center,MTOC)相关蛋白 Pericentrin 和 p-MAPK 的定位,影响动粒-微管连接(Kinetochore-microtubule attachment,K-MT),持续激活纺锤体组装检验点(Spindle assembly checkpoint,SAC)。同时,TCC影响卵母细胞减数分裂微丝骨架的动态变化。(3)己烯雌酚和雌二醇导致雌激素受体α(Estrogen receptor α,ERα)在卵母细胞纺锤体上异常聚集,但在TCC处理的卵母细胞中并没有观察到ERα异常聚集的现象。(4)TCC破坏小鼠卵母细胞线粒体分布模式,减少ATP水平,降低线粒体膜电位。TCC诱导卵母细胞氧化应激,导致卵母细胞氧化性DNA损伤,诱导卵母细胞早期凋亡。同时,TCC破坏了小鼠卵母细胞内质网(endoplasmic reticulum,ER)、高尔基体标、溶酶体的分布模式。(5)TCC改变组蛋白H3K27me2和H3K27me3修饰水平2.TCC对小鼠早期胚胎发育的影响及相关机制研究(1)在早期胚胎培养基中,分别用不同浓度TCC处理受精卵,观察早期胚胎发育情况。结果显示,TCC以剂量依赖的方式影响小鼠早期胚胎发育,6 μM TCC对早期胚胎的2细胞发育率没有影响,4细胞发育率显著降低,且无胚胎发育到囊胚。(2)对照组和TCC处理组2细胞胚胎转录组测序募集得到7600个差异表达基因(Differentially expressed genes,DEGs),其中 3157 个基因表达发生上调,4443个基因表达发生下调。GO分析和KEGG分析发现,富集的基因主要涉及线粒体、ER、高尔基体、细胞骨架、过氧化物酶体、RNA聚合酶、氧化还原、RNA合成、DNA损伤、细胞凋亡等成分或过程。Venn分析显示,TCC影响合子基因组激活(Zygotic genome activation,ZGA)过程,抑制合子依赖性母源效应基因的降解。(3)TCC影响2细胞胚胎的表观遗传修饰。TCC处理之后,2细胞胚胎DNA甲基化水平显著上升,H3K27ac、H3K9ac和H3K27me3修饰水平显著降低,H3K4me3和H3K9me3修饰水平显著增加。(4)TCC诱导2细胞胚胎发生氧化应激和DNA损伤。综上所述,TCC破坏细胞骨架组装,导致K-MT连接异常,持续激活SAC,阻滞细胞周期,抑制PBE,最终影响卵母细胞减数分裂成熟。同时,TCC影响线粒体、ER、高尔基体和溶酶体功能,导致卵母细胞氧化应激、DNA损伤和早期凋亡,破坏卵母细胞表观遗传修饰状态。另外,TCC破坏早期胚胎基因表达,干扰ZGA和母源基因降解,改变早期胚胎的表观遗传修饰水平,诱导早期胚胎发生氧化应激和DNA损伤,最终导致早期胚胎发育障碍。
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