Cyclin B3敲除小鼠雌性不育的分子机制研究与治疗

Meiosis is a necessary way for mammals to produce gametes, which executes a single round of DNA replication and two successive rounds of chromosome segregation. Cyclin and cyclin-dependent kinases are two proteins that play an important role in the regulation of meiosis. Previous studies have shown that Cyclin B3 knockout specifically leads to metaphase arrest in female mice, and developed into triploid embryos after fertilization. But due to the abnormal chromosome number, embryonic abortion in cyclin B3 knockout mice lead to female infertility. This is the only cyclin found in mammals that specifically affects female meiosis I. Cyclin B3 protein plays an indispensable role in the normal progression of meiosis I. The knockout mouse model is a good paradigm for studying reproductive failure caused by the failure of meiosis I in human female eggs. In this study, female sterile mice induced by Cyclin B3 deletion were used as models to study the molecular mechanism of Cyclin B3 affecting female meiosis I, and to explore a new method of artificially regulating meiosis I from the perspective of cell cycle, which will provide theoretical and practical guidance for the treatment of reproductive disorders caused by meiosis I defects in female.

减数分裂是哺乳动物产生配子的必经途径。细胞通过一次复制后进行两次分裂，最终形成单倍体配子。细胞周期蛋白与细胞周期蛋白依赖性激酶是减数分裂的调控中具有重要的作用的两种蛋白。前期研究结果发现Cyclin B3敲除会特异性导致雌性小鼠减数第一次分裂阻滞，受精后形成三倍体胚胎但因染色体数目异常最终导致胚胎流产引起雌性不育。这是目前哺乳动物中发现的唯一一个特异性影响雌性减数第一次分裂的细胞周期蛋白。Cyclin B3蛋白在减数第一次分裂的正常进行中具有不可替代的作用，这一敲除模型很好地模拟了人类女性卵子因减数第一次分裂异常而导致生殖障碍。本研究以Cyclin B3缺失引起的雌性不育小鼠为模型，深入研究Cyclin B3影响雌性减数第一次分裂异常的分子机理，探索从细胞周期角度人为调控减数第一次分裂的新方法，为治疗雌性减数第一次分裂异常引起的生殖障碍提供理论与实践的指导。

减数分裂是哺乳动物产生单倍体配子的重要生理过程。在此过程中，细胞经过一次DNA复制后进行两次细胞分裂，最终产生单倍体配子。同有丝分裂一样，减数分裂的精确完成离不开细胞周期蛋白（Cyclins）与细胞周期蛋白依赖性激酶。前期研究中，团队首次在哺乳动物中发现了特异性调控雌性减数第一次分裂的细胞周期蛋白Cyclin B3，并以Cyclin B3敲除小鼠模型发现其在雌性哺乳动物减数分裂中发挥独特作用。.为了进一步阐释Cyclin B3在哺乳动物减数分裂中的调控机制，本项目以Cyclin B3敲除小鼠为研究模型，以特异性调控雌性减数分裂的细胞周期蛋白为研究切入点，期待找到与Cyclin B3及雌性生育力的相关的互作蛋白，深入解析细胞周期调控在雌性减数第一次分裂中的独特调控机制及调控网络，提出减数分裂细胞周期调控的新理论；同时以这一雌性不育小鼠为模型，尝试通过小分子、抗体以及RNA干扰等手段体外调控减数第一次分裂进而恢复不育小鼠的生育力，为临床生殖障碍的治疗提供新的治疗思路。.本项目中，通过免疫共沉淀-蛋白质谱测序确定了与Cyclin B3互作的蛋白网络图谱，得到了174个与卵母细胞减数分裂、细胞周期以及泛素化介导的蛋白质水解途径的相关蛋白，这些蛋白与Cyclin B3敲除影响的卵母细胞减数第一次分裂阻滞具有相关性。为了恢复因Cyclin B3敲除而导致的雌性不孕，本项目对APC/C复合体的下游靶点Emi2进行了干扰，结果表明，敲低Emi2可以恢复KO卵母细胞的阻滞表型并排出了极体。.综上所述，本研究以Cyclin B3缺失的雌性不孕小鼠为模型，在蛋白水平上分析得到了174个与Cyclin B3互作的蛋白，揭示了细胞周期蛋白Cyclin B3与CDKs之间的互作对减数分裂精确调控具有重要作用；同时通过RNA干扰手段体外调控减数第一次分裂进而恢复不育小鼠的生育力，为临床生殖障碍的治疗提供新的治疗思路。