CDK1/Cyclin B1调控分离酶的机制及其对卵子染色体稳定的影响

Chromosome instability from chromosome mis-segregation during meiosis of the oocytes is considered as the leading cause of infertility, miscarriage, congenital birth defects, assisted reproductive failure, etc. Therefore, appropriate regulation of Separase, the executor of chromosome segregation, is critical. Separase is strictly controlled by dual mechanisms: Securin inhibitory binding, and CDK1/Cyclin B1 inhibitory phosphorylation. Recent results from Separase phospho-site point mutation mice and in vitro test suggested, besides inhibitory phosphorylation, CDK1/Cyclin B1 directly bind with Separase as well. By generating oocyte specific CDK1 inhibitory phospho-site point mutation (T14Y15-A14F15) and Cyclin B1 knockout mouse models, combined using established Securin knockout mouse model, we propose here to study, 1. The mechanisms of inhibitory phosphorylation and inhibitory binding with Separase by CDK1/Cyclin B1 during meiosis; 2. The chromosome instability from meiotic mis-segregation resulted from loss control of Separase. 3. The abnormal spindle checkpoint activation caused by abnormal meiotic chromosome segregation. This study will tell the biological significance of Separase regulation in chromosome segregation and chromosome stability of oocytes, and reveal the effects of chromosome instability on early embryogenesis.

卵细胞减数分裂中的染色体分离异常导致的染色体不稳定已经成为了不育、流产、先天性出生缺陷，以及辅助生殖失败等的首要原因。分离酶是染色体分离的执行者。实现染色体的正常分离和稳定需要通过，1、安全素抑制性结合；2、CDK1/Cyclin B1对分离酶抑制性磷酸化，对分离酶进行严格的调控。新的研究结果提示，CDK1/Cyclin B1对分离酶进行抑制性磷酸化的同时还进行Cyclin B1抑制性结合。本课题拟通过建立卵细胞特异性CDK1 T14Y15-A14F15突变和Cyclin B1敲除小鼠，结合安全素敲除小鼠，研究:1、减数分裂过程中CDK1/Cyclin B1抑制性磷酸化和结合分离酶的机制；2、卵细胞减数分裂过程中分离酶调节部分或完全缺失对卵子染色体分离和稳定的影响；3、染色体分离异常激活纺锤体检测点的机制。从而了解分离酶调节对卵细胞染色体分离和稳定的生物学意义及其对胚胎早期发生的影响。

本课题拟通过建立卵细胞特异性CDK1 T14Y15-A14F15突变和Cyclin B1敲除小鼠，结合安全素敲除小鼠，研究:1、减数分裂过程中 CDK1/Cyclin B1抑制性磷酸化和结合分离酶的机制；2、卵细胞减数分裂过程中分离酶调节部分或完全缺失对卵子染色体分离和稳定的影响；3、染色体分离异常激活纺锤体检测点的机制。从而了解分离酶调节对卵细胞染色体分离和稳定的生物学意义及其对胚胎早期发生的影响。.我们的CDK1工作表明CDK1突变小鼠可能发生染色体异常分离导致的卵细胞相关缺陷，包括排卵减少、卵细胞染色体分离异常、染色体不稳定、不育（infertility）、或生育低下（subfertility）等。在研期间，其它团队的相关工作发表。因此，我们的研究集中在Cyclin B1上，揭示了，1、精子发生过程中Cyclin B1不可或缺。Cyclin B1敲除导致前精原细胞和精原干细胞不能增殖，进而发生凋亡（Tang, et al. Cell Death Dis.2017）；2、Cyclin B1敲除后的雌性小鼠仍由于Cyclin B2的补偿，发生染色体第一次分离，排出第一极体。但不能完成减数分裂的第二次分裂，导致不育（Li, et al. J Cell Biol. 2018）。.根据项目需要， 我们同时开展了基因编辑和基因编辑工程小鼠相关工作。1、针对卵巢特异性基因编辑研究需要，成功构建了卵巢特异性Cas9转基因小鼠（Zhang, et al. PLoS One 2016）；2、针对存在多基因共同调节相互补偿的可能，我们构建了条件性特异表达Cas9小鼠用于多基因的条件性基因敲除（Chen, et al. Sci Rep. 2017）。3、我们还成功地将碱基编辑技术优化并用于受精卵的遗传病致病突变修复（Zeng, et al. Mol Ther. 2018）。这一工作获得了广泛关注，Science，STAT等媒体进行了点评。已标注发表文章7篇。其中第一标注3篇，第二标注2篇，第三标注1篇，其它标注文章1篇。