小鼠卵母细胞内多位点存在的中心粒成分协同调控纺锤体的组装和非对称性定位的分子机制

Centriole is degenerated at early stage of oogenesis, it’s still unknown about the subcellular localization and function of centriolar structure components during subsequent meiosis. In previous work, centriolar core elements, SAS-6, delta-tubulin, epsilon-tubulin, CCDC41and ODF2, were found expressed stably during meiotic progression in mouse oocytes, and persistently present on chromosomes, microtubule organizing centers (MTOCs) and spindle, as well as GM130 positive vesicles, Golgi inhibitor destroyed centriolar components aggregation on vesicules, meanwhile, suppressed the migration and asymmetrical position of the spindle apparatus, the knockdown of delta-tubulin expression induced abnormalities in spindle structure and position. These data imply that centriolar components are still retained in multiple locations, may be involved in regulating the orderly completion of oocyte meiosis, so to ensure the quality of produced egg, through participating in the process of spindle assembly and asymmetrical positioning. In this project, we will continue to explore the roles and molecular mechanisms of centriolar components in the events mentioned above; establish Sas-6 oocyte’s conditional knockout mouse model to investigate centriole function in vivo. The project findings will fully reveal the roles and molecular mechanism for the regulation of centriole in the regulation of oocyte meiosis in multiple levels, providing new evidences for understanding the mechanism of spindle assembling and positioning in oocytes.

卵子发生早期中心粒退化，其结构成分在后续减数分裂中的去向和功能尚不清楚。前期工作发现中心粒核心成分SAS-6、delta-tubulin、epsilon-tubulin、CCDC41和ODF2在卵母细胞减数分裂中稳定表达，分别存在于染色体、微管组织中心、纺锤体和GM130阳性的囊泡上，高尔基抑制剂可破坏中心粒蛋白的囊泡聚集，并抑制纺锤体迁移和非对称性定位，而delta-tubulin敲降亦引起纺锤体的结构和定位异常。这些数据提示卵母细胞内中心粒成分仍在多个位点存在，可能通过参与纺锤体组装和非对称性定位等过程来调控减数分裂的有序完成，确保所产生卵子的质量。本项目将继续研究中心粒成分在上述事件中的具体作用和分子机制；构建卵母细胞Sas-6条件性敲除小鼠模型，在体性地研究中心粒的作用。研究结果将在多个水平充分地揭示中心粒在卵母细胞减数分裂中的作用，为揭示卵母细胞纺锤体形成和定位机制提供证据支持。

卵母细胞减数分裂过程中纺锤体结构或定位的异常会影响染色体分离或胞质分配的准确性，以致形成的胚胎发育潜力低下。中心粒在卵子发生早期退化，其结构成分在卵母细胞减数分裂中的去向和功能尚不清楚，减数分裂纺锤体的组装依赖于特异的微管组织中心（microtubule organizing center, MTOC），由囊泡介导的F-actin网络的动态性驱动纺锤体趋皮质区迁移。本项目研究发现中心粒核心成分在卵母细胞减数分裂中稳定表达并呈现多位点分布模式，其中SAS-6和CCDC41定位于囊泡，delta-Tubulin和ODF2同时存在于囊泡、MTOC、纺锤体和染色体上，epsilon-Tubulin分布在染色体和纺锤体上。囊泡抑制剂可破坏中心粒蛋白的囊泡聚集并抑制纺锤体迁移，而CCDC41的缺失破坏了囊泡形态，阻止了第一次减数分裂过程中纺锤体的迁移和极性定位，破坏了胞质的非对称分裂，形成大体积的第一极体。delta-tubulin敲降也引起纺锤体的结构和定位异常。这些信息证实卵母细胞内中心粒结构完全消失了，但其核心构件继续存在并通过参与MTOC和囊泡的形成和维持等环节而调控纺锤体组装和非对称性定位。另外，本项目研究发现磷脂酶PLD1直接参与囊泡形态的建立和维持，并由此调控纺锤体的极性定位和胞质非对称分裂；蛋白激酶SLK通过调节Plk1 - CDC25C - CDK1/CyclinB信号通路而促进卵母细胞减数分裂重启的适时发生，并参与纺锤体的组装和稳定性维持。本项目研究结果为揭示卵母细胞减数分裂结果精确性的确保机制提供了新的研究途径，也为认识人类非整倍体胚胎的形成机制提供新的证据支持。