老龄化卵子非整倍性产生的精确分子机制

The trend for women to delay childbearing is growing, and the two-child policy makes this problem worse. The delay to become pregnant results in an increase in the incidence of aneuploidy, which leads to an increase in infertility, miscarriage and birth defect. Therefore, it is important to investigate the molecular mechanism underlying the aneuploidy increase in aging oocytes and to find potential molecular targets. In our earlier studies, we compared the genome-wide transcriptional profiles in aging oocytes and young oocytes by RNA-sequencing, and identified several genes potentially affecting the aneuploidy in aging oocytes. By micro-injection mediated overexpression experiment, we preliminary confirmed that BubR1 is responsible for the aneuploidy increase in aging oocytes, because increased expression of BubR1 significantly promotes the chromosome stability and reduces the incidence of aneuploidy in aging oocytes. Next, we will construct BubR1 oocyte specific expression and oocyte specific knockout mouse model, and further investigate its in vivo role and molecular basis that causes aneuploidy. The aim of this study is to provide new molecular targets and theoretical supports for the infertility, miscarriage and birth defect that caused by the aneuploidy increased with maternal age.

女性生育年龄呈不断上升趋势，二胎政策的开放使这一问题尤为突出。生育年龄上升会导致卵子非整倍性升高，从而引发自然流产、不孕不育和出生缺陷等一系列问题。因此，研究老龄化卵子非整倍性产生的分子机制及探索潜在的分子靶点，显得尤为重要。在前期研究工作中，通过转录组测序对老龄化小鼠和年轻小鼠卵子的转录组进行比对，我们初步筛选到了数个潜在影响老龄化卵子非整倍性的基因。通过显微注射介导的体外目的基因过表达实验，我们初步确认BubR1为老龄化卵子非整倍性的决定基因，因为增加表达BubR1能够显著提高老龄化卵子染色体的稳定性并阻止非整倍性的发生。接下来，我们拟构建并利用BubR1卵母细胞特异性基因表达和BubR1卵母细胞特异性基因敲除的小鼠模型，对BubR1的在体功能及其影响非整倍性的分子机制进行进一步的研究。本项目旨在为减少高龄女性由于非整倍性而引发的不孕不育、自然流产和出生缺陷提供新的分子靶点及理论支持。

背景：.目前，在全世界范围内，女性生育年龄呈不断上升的趋势。女性生育年龄的上升会导致自然流产、不孕不育和出生缺陷等一系列问题，而这些问题的根源之一在于卵子质量的下降，因为来自卵子捐献的证据表明，生育力严重下降的高龄女性可以通过年轻女性捐献的卵子而恢复跟年轻女性相似水平的生育能力。在诸多影响卵子质量的因素中，染色体的非整倍性随着女性年龄的增加而急剧上升（从20岁的~2%增加到40岁的~35%），被认为是导致卵子质量下降的首要因素。但迄今为止，老龄化卵子非整倍性产生的精确分子机制还不清楚。只有借助高通量技术和组学分析，从全基因组的层面筛选和鉴定跟老龄化卵子非整倍性相关的基因，才能更全面系统地研究这一问题，从而从源头上找到老龄化卵子非整倍性产生的原因。.主要研究内容、数据及结果：.首先，借助转录组测序（RNA-Seq）技术，我们比较了老龄化小鼠（12月龄）和年轻小鼠（3月龄）卵子全基因组范围内基因表达水平的变化。在所检测的36227个基因中，我们初步筛选到了1328个差异性表达的基因（转录组测序数据已上传至NCBI，请参考GSE57482）。通过生物信息学比对，取这些基因与有丝分裂/减数分裂过程中跟染色体分离密切相关的基因（主要包括：a 纺锤体组装检验点蛋白；b 纺锤体形成；c 染色体汇集；d 微管-着丝粒连接）的交集，我们初步筛选到了4个潜在的影响老龄化卵子非整倍性的基因，分别是：Cenpe、Hset、BubR1和Bub3。紧接着，通过显微注射介导的体外卵母细胞目的基因的过表达实验，或目的基因突变体的过表达实验，我们对初步筛选到的基因进行了功能层面的分析。我们发现增加表达BubR1能够显著提高老龄化卵子染色体的稳定性，并阻止非整倍性的发生，而增加表达其它基因或突变体对染色体的非整倍性没有显著影响。对外源性BubR1的体外增加表达的研究，我们首先通过Western Blot和免疫荧光的方法确认了它在老龄化卵子中的表达和定位。进一步的研究发现，体外增加表达BubR1的老龄化卵子，在发育到第二次减数分裂中期时，染色体的非整倍性显著降低，表明BubR1在减数分裂过程中具有纺锤体检验点的作用。.科学意义：BubR1通过调控减数分裂的纺锤体检验点活性而影响老龄化卵子非整倍性的发生，该研究为减少高龄女性由于减数分裂异常而引发的不孕不育、自然流产和出生缺陷提供新的分子靶点及理论支持。