皮层下母源复合体SCMC维持卵子基因组完整性的机制及在卵子老化过程中的作用

Chromosomal aneuploidy in preovulatory aging egg is one of the main reasons for pregnancy failure of women with advanced age. However, the molecular mechanism is still unclear. In preliminary experiments, we find that Mater, a core component of subcortial maternal complex (SCMC), significantly decreases in mice aging eggs. Depletion of maternal Mater leads to deficiency of other SCMC components (Tle6, Floped, Zbed3 and Filia) and 2-cell arrest in mice. We also find that the chromosomal aneuploidy in Mater null eggs is more severe than that in normal. The results indicate that SCMC with Mater as core is essential for maintaining chromosomal euploidy in oocyte. However, how it works remains largely uncharacterized. In addition, loss of SCMC induces decrease of acetylated a-tubulin, a microtubule stability marker which is potentially related to euploidy. In this project, utilizing reproductive technologies including microinjection, immunofluorescence and time-lapse imaging in Mater null mouse and aging oocytes from mouse or human, we attempt to prove the hypothesis that the unstable microtubules induced by deficiency of SCMC bring about chromosomal aneuploidy via disrupting spindle assembly in meiosis. The implementation of the project contributes to deep understanding about the molecular mechanism of precise inheritance of chromosomes during meiosis, and provides theoretical basis for studying oocyte aging in clinic.

卵子排卵前老化导致的染色体非整倍性是高龄女性妊娠失败的主要原因之一，但其分子机制尚未明确。在前期工作中，我们发现哺乳动物特有的皮层下母源复合体SCMC核心组分Mater在小鼠老化卵子中明显下降。在小鼠中敲除Mater会导致SCMC其他已知组分的缺失和2-cell发育阻滞。实验发现Mater敲除卵子产生严重的染色体非整倍性，这表明SCMC/Mater对于维持卵子染色体整倍性是必须的，但机制尚待研究。值得注意的是，SCMC缺失会导致微管稳定性降低，这可能与染色体非整倍性有关。本项目拟以Mater敲除小鼠以及小鼠和人的老化卵子为模型，利用显微注射、免疫荧光、活细胞实时成像等研究手段，探究SCMC缺失导致的微管不稳定是否通过影响纺锤体组装，进而导致染色体非整倍性发生。本项目的顺利开展有助于深入理解减数分裂过程中染色体精确遗传的分子机制，为临床上卵子老化相关问题的研究提供理论基础。

染色体的非整倍性是卵子老化的重要表现，然而其机制尚未完全了解。在本项目中我们发现老化的卵子中SCMC的核心组分Mater蛋白水平降低，并且发现Mater敲除卵子中染色体的非整倍性升高。这些结果提示我们Mater/SCMC可能在卵母细胞老化过程中发挥重要的作用。在研究过程中我们发现Mater敲除导致的非整倍性可能来自三个方面：第一个方面，MII中染色体的着丝粒蛋白发生了提前的分离，利用着丝粒蛋白的染色发现姐妹染色单体上着丝粒蛋白的距离明显增加；第二个方面，Mater敲除的卵母细胞出现微管和微丝细胞骨架的异常，包括了乙酰化-α-Tub的明显下降，及纺锤体周围细胞器定位的异常；第三个方面，Mater敲除的卵母细胞出现细胞质质量的异常，包括线粒体分布和形态异常、GSH的含量降低，ROS含量上升、脂滴的积累等衰老的表型。进一步的研究发现一个重要的多功能蛋白p-AKT在Mater敲除卵母细胞中发生明显的下降。PLA和体外蛋白相互作用实验发现AKT可能是Mater的组分之一。卵母细胞中的AKT过表达或者抑制剂抑制实验发现p-AKT可能通过ROCK1/LIMK/Cofilin调控微丝的组装；通过CYLD/HDAC6/Acytyl-α-Tubuilin调控微管的功能。目前我们尚不清楚SCMC是如何调控AKT的磷酸化水平。因此我们已利用免疫沉淀-质谱的方法鉴定出多个Mater或SCMC的新组分，他们调控AKT或纺锤体非整倍性的机制正在进一步研究当中。我们的研究发现了Mater/SCMC可能通过不同且复杂的机制调控了卵母细胞的细胞质质量和纺锤体的组装。这些发现为卵母细胞细胞老化及NLRP5突变患者不孕不育的致病机制提供一定的解释思路。