Cdc42-LIMK-Cofilin信号通路对卵母细胞极性的调控

Different from somatic cells, mammalian oocyte has polarity, which results in a unique asymmetric meiotic division. This asymmetry is critical for the retention of maternal components, successful fertilization, and early embryo development. Till now, the understanding about the molecular mechanism of oocyte asymmetric division is still limited. Previous work showed that actin is directly involved in the formation of oocyte polarity. Our previous work also showed that actin related protein Arp2/3 complex regulated this process. However, it is still unclear whether GTPase effector involves in this unique cell division. To explore the functions and related mechanisms of GTPase effector on the formation of oocyte asymmetry, we will employ RNAi, overexpression, and knock out approches, together with time lapse microscopy to investigate the roles of GTPase Cdc42 effector LIMK and Cofilin on the spindle migration and positioning, polarity formation and polar body extrusion in mouse oocytes. This study will help us furthur understand the mechanism of oocyte polarity formation and provide the support for oocyte quality control, sucessful fertilization and following early embryo development.

不同于体细胞，哺乳动物的卵母细胞具有极性，导致其独特的不均等减数分裂。这种不均等分裂对于卵胞质内的营养和遗传物质的保存是至关重要的，直接影响到后期的受精以及胚胎发育。到现在为止，对于卵母细胞不均等分裂的分子机制了解的还很少。之前的工作证明微丝直接参与了卵母细胞的极性形成。而我们前期的研究证明微丝相关蛋白Arp2/3复合物参与了这一过程，但是，还不清楚G蛋白酶相关效应因子是否参与了哺乳动物卵子的不均等分裂。为了研究G蛋白酶相关因子在卵母细胞极性形成过程中的功能和机制，本项目将采用RNA干扰、过表达、基因敲除等技术手段，结合活细胞工作站观察，深入研究G蛋白酶Cdc42效应因子LIMK和Cofilin在小鼠卵子纺锤体迁移和定位，极性产生、极体排出等过程中的功能，并阐明其作用机制和信号通路，进一步拓展对卵母细胞极性产生的认识，为卵子质量控制、受精及后期胚胎发育的调控提供理论基础。

卵母细胞成熟是一种独特的不均等分裂，在这个过程中任何的缺陷都能导致卵母细胞的受精或胚胎发育失败，因此研究卵母细胞不均等分裂的分子调控具有非常重要的意义。我们之前的工作证明微丝相关蛋白Arp2/3复合物介导微丝参与调控卵母细胞极性形成，但迄今尚不清楚G蛋白酶及其相关效应因子是否调控卵母细胞不均等分裂。以猪和小鼠为模型，本项目探究了CDC42 GTP酶在卵母细胞成熟过程中对细胞骨架的调控，同时也探索CDC42的调控机制与分子信号通路。我们的研究首先证实了CDC42 GTP酶在猪卵母细胞中表达，CDC42活性抑制后导致微丝组装显著降低，进而造成微丝介导的极体排出失败，而CDC42对卵母细胞成熟的调控与ROCK的表达相关。接下来我们探索了CDC42调控的完整信号通路，我们首先发现ROCK-LIMK-cofilin信号通路可能是介导CDC42GTP酶调控的关键通路，进一步功能验证发现LIMK 敲低和抑制造成微丝组装降低以及纺锤体迁移失败，卵母细胞极体排出障碍，而这一表型与CDC42-ROCK抑制相似，我们同时也证实了LIMK 通过自身磷酸化影响了cofilin磷酸化进而介导卵母细胞减数分裂中微丝组装。此外，我们的研究也阐明了ROCK介导了Formin家族蛋白Profilin和FHOD1对卵母细胞成熟的调控作用，而这一调控与其介导的微丝组装功能相关。综上所述，在卵母细胞成熟过程中，CDC42-ROCK-LIMK1/2-cofilin通过影响微丝的组装参与了卵母细胞减数分裂的调控，同时CDC42通过ROCK与Profilin和FHOD1的相互作用也调控了基于微丝介导的卵母细胞减数分裂。