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卵母细胞是雌性动物体内非常特殊的一类细胞,是哺乳动物体内最大的细胞,是产生新生命的母细胞。卵母细胞和精子结合受精便形成受精卵,然后发育成胚胎,直至生长成为新的个体。卵母细胞经过一系列生长、发育变化之后,获得受精能力,即称为卵母细胞成熟。卵母细胞的成熟过程至少需要经过周围卵丘细胞、卵母细胞核以及核外细胞质等几个方面一系列的变化过程。这一系列变化过程,实质是一个复杂的生理生化调控过程,许多因子参与了这个过程的调控。对卵母细胞发育成熟机理的研究有助于提高卵母细胞的成熟率,可以为胚胎工程提供大量优良的材料,为加速良种家畜繁殖及动物育种提供新的手段和方法。
卵丘细胞在卵母细胞的发育成熟过程中有非常重要的作用,本研究首先比较了有完整卵丘细胞包裹的卵母细胞(cumulus-oocyte-complexes,COCs)和无卵丘细胞的裸卵(naked oocyte,NO)在体外培养成熟(in vitro maturation,IVM)过程中的差异,发现各重复组的卵丘卵母细胞复合体和裸卵相比,前者在成熟率和卵裂率上都显著高于后者,而在孤雌激活后裸卵的卵母细胞无一发育到囊胚,说明了卵丘细胞在卵母细胞的发育和成熟过程中起到了关键作用。
然后运用差异显示结合反转录聚合酶链式反应(Differential Display-Reverse Transcription-polymerase chain reaction,DD-RT-PCR)的方法,对这两种细胞中差异表达的基因进行了初步的筛选,用三对锚定引物和随机引物进行了DD-RT-PCR,通过聚丙烯酰胺凝胶电泳分离比较得到了16条差异表达的条带,对其中的14条成功进行了重扩增和克隆测序,结果发现有三条片段分别比对上人的proline-,glutamic acid- and leucine-rich protein(PELPl)基因,人的Myosin5b(MYO5B)基因和猪的calpastatin(CAST)基因,同源性分别达到87%,83%和100%,另有4条片段分别比对上猪的表达序列标签(express sequence tag,EST),但是功能未知,其余的六条序列没有匹配上任何其他序列。经过半定量R1=PCR验证,4个cDNA克隆(分别代表PLEPl,MYO5B,CAST基因和一个未知EST)在两种细胞中表现出差异表达,与差异显示的结果基本一致,可以确定为阳性克隆,而其余三个没有表现出差异,可以确定为假阳性。本实验结果表明PLEPl,MYO5B,CAST三个基因可能参与了卵丘细胞和卵母细胞的相互作用。卵母细胞的体外成熟是一个相当复杂的各种因子互相协作的过程,其中,骨形态发生蛋白家族(bone morphogenetic proteins,BMP)及其受体在卵母细胞和卵丘细胞之间的相互作用过程中发挥了重要作用,本实验中对骨形态发生蛋白(BMP-2,BMP-4,BMP-5,BMP-6,BMP-7,BMP-15和GDF-9)和BMP受体基因(BMPRIA,BMPRIB,BMPRⅡ, ActRIA和ActRⅡ)在不同发育时期体外培养的猪卵丘卵母细胞复合体中的表达情况进行了检测。结果表明在卵母细胞中,BMP-6,BMP-15,GDF-9和BMPRⅡ的表达水平随着细胞的发育成熟而下降,与此同时BMP-4,BMPRIA和BMPRIB的表达较稳定。在卵丘细胞中BMP-4基因的表达随着卵母细胞的成熟而显著增加,而BMP-6和ActRⅡ的表达则下降,BMPRIA,BMPRIB和BMPRⅡ的表达在卵丘细胞中则比较稳定。此外,BMP-15在卵丘细胞中不表达而ActRⅡ在卵母细胞中也不表达。其余的四个BMP因子,BMP-2,BMP-5,BMP-7和ActRIA在卵母细胞体外成熟过程中没有检测到。这些结果表明BMPs在卵丘卵母细胞复合体中的表达模式比较复杂,各个因子在卵母细胞发育过程中的准确功能有待于进一步研究。
本实验重点研究了卵丘细胞在卵母细胞体外成熟过程中的作用,初步筛选了有卵丘细胞和无卵丘细胞两种情况下,卵母细胞中差异表达的基因,并且对卵母细胞成熟发育有重要影响的BMPs因子在卵母细胞和卵丘细胞中的表达规律进行了研究,有利于探明卵母细胞发育的分子机理,为提高卵母细胞的体外成熟效率提供了依据,将有助于更好的利用卵母细胞来为胚胎工程乃至克隆技术服务。