内质网稳态关键因子WFS1在猪卵母细胞成熟与植入前胚胎发育中的作用及其机制研究

Endoplasmic reticulum (ER) is an important organelle in protein synthesis and calcium storage in eukaryotic cells, and plays a vital role in stabilizing intracellular environment and promoting cell proliferation and differentiation. ER homeostasis key factor WFS1 plays an important role in regulating environment of ER and reducing ER stress. However, it is not clear whether WFS1 could affect oocyte maturation and pre-implantation embryo development by regulating ER homeostasis. Hence, this project aims to clarify the expression pattern of WFS1 in porcine oocyte and pre-implantation embryo, and to analyze the relevant pathways of WFS1 during porcine oocyte maturation and pre-implantation embryo development and clarify its regulation mechanism through siRNA interference with WFS1 expression, which includes detection of oocyte meiosis process and pre-implantation embryo development competence, and evaluate dynamic change of zygotic genome activation, intracellular calcium levels, ER stress, oxidative stress, repair of DNA damage and cell apoptosis markers. These results will help us understand the important events and regulatory mechanisms during oocyte maturation and pre-implantation development. It will not only provide a theoretical basis for finding out the reason that causes the blocking of oocyte maturation and pre-implantation embryo development, but will also provide theoretical support to optimize oocyte and pre-implantation embryo culture system.

内质网是真核细胞中蛋白质合成及钙储存的关键细胞器，在保证细胞内环境稳定、促进细胞增殖与分化中起着重要作用。内质网稳态关键因子WFS1在调节内质网内环境及减少内质网应激中发挥关键作用。然而，WFS1能否通过调控内质网稳态进而影响卵母细胞成熟及植入前胚胎发育尚不清楚。本项目在阐明WFS1在猪卵母细胞及植入前胚胎中的表达规律的基础上，通过siRNA干扰WFS1的表达，检测卵母细胞减数分裂进程、植入前胚胎发育能力及合子基因组激活、胞内钙离子水平、内质网应激、氧化还原能力、DNA损伤修复和细胞凋亡相关标志物的动态变化情况，意在解析WFS1在猪卵母细胞成熟及植入前胚胎发育中的相关通路，阐明其调控机制。研究结果将有助于我们深入了解卵母细胞成熟及植入前胚胎发育过程中的重要事件和调控机制，为明确卵母细胞成熟及植入前胚胎发育阻滞的原因提供理论基础，并为优化卵母细胞及植入前胚胎体外培养体系提供理论支持。

哺乳动物卵母细胞成熟及植入前胚胎发育是一个复杂的动态生物学过程。在这个过程中，内质网稳态的维持对维护卵母细胞成熟及植入前胚胎正常发育至关重要。内质网是真核细胞重要的细胞器之一，在许多信号通路的调控中发挥关键性作用，是维持细胞内环境稳态的重要组成部分。内质网不仅本身参与钙平衡的调节，还通过与其它细胞器如线粒体相互作用，共同调节细胞的各种活动。内质网作为极其重要的细胞器，在卵母细胞成熟及植入前胚胎发育过程中具有不可替代的生理作用。内质网稳态关键因子WFS1在调节内质网内环境及减少内质网应激中发挥关键作用。WFS1的异常表达不但激活IRE1、PERK和ATF6三条重要的UPR信号通路，还会引起内质网应激，这将直接关系到卵母细胞及植入前胚胎的发育能力。本研究的主要研究内容为①明确WFS1在猪卵母细胞及植入前胚胎中的表达规律；②解析WFS1在猪卵母细胞成熟过程中的作用；③解析WFS1在猪植入前胚胎发育过程中的作用。项目组研究发现WFS1在猪卵母细胞成熟及植入前胚胎各个发育阶段均有表达，WFS1mRNA表达在猪卵母细胞成熟的MI期及植入前胚胎的2细胞期、4细胞期相对表达量最高，说明WFS1在猪卵母细胞成熟及合子基因组激活过程中发挥着重要作用。随后项目组通过抑制WFS1在猪卵母细胞及植入前胚胎中活性方法发现，抑制WFS1活性后降低了猪卵母细胞及植入前胚胎体外发育能力，引起发育阻滞。进一步研究发现，WFS1通过调控细胞氧化应激，进而抑制线粒体功能，诱发凋亡和内质网应激，从而影响猪卵母细胞成熟质量和植入前胚胎发育能力。这些关键科学问题的解决，不但有助于深入了解猪卵母细胞体外成熟和植入前胚胎体外发育过程中的重要事件和调控机制，更为寻找猪卵母细胞成熟和植入前胚胎体外发育阻滞的原因以及建立更完善的猪卵母细胞体外成熟和植入前胚胎体外培养体系、充分挖掘动物胚胎资源提供重要理论线索。