RNF114蛋白在小鼠早期胚胎发育中的功能研究及机制探索

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在人及大多数物种中,卵母细胞转变为胚胎(maternal to zygotic transition,MZT)需要经历减数分裂到有丝分裂的转变,以及从一个生殖细胞到能够产生体细胞和生殖细胞的多能细胞的转变。MZT的过程包括母源因子(mRNA和蛋白质)的降解和合子基因组的激活(zygotic genome activation,ZGA)这两个重要事件。哺乳动物的生殖细胞在减数分裂过程中基因组是转录沉默的。在小鼠中,广泛的ZGA发生于2细胞的晚期;在人,胚胎的基因组激活则发生在4~8细胞时期。因此MZT的过程是发生于基因组转录沉默的这段时期,它主要依赖于卵子发生过程中积累并储存在成熟卵母细胞胞质中的母源性因子所调控。目前已知的母源因子十分有限,对母源因子的研究将有助于我们深入了解哺乳动物早期胚胎发育过程中ZGA的发生及其他重要事件的相关机制。RNF114是我们实验室前期筛选得到的一个母源蛋白,当其在合子期蛋白水平被敲低以后,小鼠早期胚胎发育发生了明显的二细胞阻滞。而通过其Ring finger结构域入手,我们进一步证实了其具有E3泛素连接酶活性,且能够介导底物蛋白TAJB1、PSAT1、RALGPS1、CD74、TNIP1的降解。其中当TAB1蛋白过表达以后小鼠早期胚胎产生了与RNF114蛋白水平敲低以后类似的表型。本研究中,鉴于RNF114敲低及底物过表达以后2细胞发育阻滞的表型,我们发现这个时期发生了一个重要的事件,就是胚胎基因组的激活,因此我们猜测可能RNF114蛋白敲低以后会导致TAB1蛋白无法降解,影响了 ZGA的发生。通过在2细胞培养液中掺入EU来检测新合成的RNA的实验,我们发现在干涉组和过表达组,EU掺入的水平均较对照组明显下降。而当我们在培养液中掺入EDU培养时,我们发现发生阻滞的这部分2细胞有EDU的掺入,有完整的核膜形态,证实这些发生阻滞的2细胞是停留在第二次有丝分裂的G2期,而这个时期正是小鼠早期胚胎发生大量的转录激活的时期,进一步的证实了 RNF114能够介导底物蛋白TAB1的降解,参与到胚胎基因组激活的过程中。而相关文献报道TAB1蛋白能够抑制NF-κB通路的活性,前期实验中通过对NF-κB的关键组分P65入核的情况,及该通路的抑制因子IκB蛋白磷酸化水平的检测,证实在小鼠MⅡ期卵母细胞到4细胞时期,该通路呈现逐渐激活的状态。在本研究中,为进一步证实RNF114及其底物蛋白TAB1在NF-κB通路及小鼠早期胚胎二细胞发育ZGA中的作用,首先通过在胚胎培养液KSOM中添加NF-κB通路通路抑制剂Bay 11-7082,发现对照组添加同等体积溶剂DMSO能够正常发育至囊胚期,而抑制剂组则几乎没有胚胎能够发育至四细胞期。且EU掺入实验提示抑制剂组的基因转录水平明显下降,提示NF-κB通路在小鼠早期胚胎发育及ZGA过程中发挥了重要作用。而后,我们利用受精卵胞质内注射两个有效的Rnf114干涉片段敲低其蛋白水平,或者通过注射Tab1的mRNA来过表达该蛋白,发现这两种情况下二细胞时期P65入核的比例及磷酸化IκB的蛋白水平均较对照组明显下降,说明NF-κB通路受到了抑制。综上,本研究证实RNF114能够通过降解其泛素化底物蛋白TAB1,参与到NF-κB通路的激活过程,同时对小鼠的胚胎基因组激活及早期胚胎发育发挥了重要的生物学功能。通过研究RNF114的生物学功能以及对其相关机制的探索,为我们进一步发掘母源因子,了解早期胚胎发育过程中的重要事件包括ZGA、MET等的调控机制提供了一些新的思路。
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