母源效应因子Mater在卵细胞减数分裂中的作用及机制

卵细胞染色体数目非整倍性突变是卵子质量和女性生育力35岁以后急剧衰退的主要表现。卵子质量衰退的分子机制尚不清楚，但关键的母源因子的变异可能是其中重要原因。Mater是高度保守的母源效应基因。老年雌性小鼠中Mater表达量显著下降；我们前期的工作发现Mater的缺失可导致卵细胞染色体数目非整倍性突变。这提示Mater在卵减数分裂中起重要作用，是决定卵质量的关键因子之一。为探讨Mater在卵减数分裂中的作用和机制，本项目将细致深入地分析Mater在纺锤体形成、染色体回归赤道板、纺锤体组装检查机制、以及纺锤体迁移至卵细胞皮层等减数分裂的关键环节中的作用。并探讨Mater是否通过小分子蛋白Rho-GTPases实现对减数分裂的调控。本项目通过Mater为个例，有望拓宽我们对母源效应因子的作用和机制的认识，并为女性不孕症的发生以及女性生育能力的衰退提供遗传学依据。

女性卵细胞的质量随生育年龄的增加急剧下降，导致生育能力随年龄增加而急剧降低。但年龄影响卵细胞质量下降的分子基础非常不清楚。本课题拟以小鼠为动物模型，研究卵细胞特异表达的母源因子Mater 是否参与调控卵母细胞染色体数目的稳定性维持？其蛋白表达是否受生育年龄的影响？年龄增加导致卵细胞质量下降的分子基础是否与Mater的表达下调相关？.通过对Mater基因敲除小鼠卵细胞表型的细致分析，发现：缺失Mater蛋白导致MII期成熟卵细胞出现高频率的染色体非整倍性突变，并特异表现为高频率的姊妹染色单体提前分离。染色体非整倍性突变的产生与第一次减数分裂期纺锤体的组装和形成无关，而是由于Mater缺失后破坏了姊妹染色单体间cohesin的稳定结构，使染色单体间的粘连力 (cohesion)，特别是centromere cohesion 显著降低，导致在第一次减数分裂时姊妹染色单体的提前分离以及染色体和纺锤体微管间的附着和牵引出现严重异常。Mater缺失的表型与衰老雌性动物卵细胞质量下降的表型非常相似。我们进而检测了自然衰老的雌性小鼠卵细胞中Mater蛋白表达的变化趋势，发现40周龄或更老的小鼠卵细胞中Mater蛋白的表达量约为6周龄年轻小鼠卵细胞中Mater蛋白量的20%。因此，生育年龄增大伴随的母源因子Mater表达的急剧下降是衰老导致卵细胞质量下降的重要分子基础之一。.我们还发现，Mater缺失的卵细胞虽然能完成第一次减数分裂并排出第一极体，但纺锤体迁移至皮层的过程却出现明显异常。正常情况下，第一次减数分裂中纺锤体形成后，沿着最短途径稳定迁移至皮层。而在Mater缺失的情况下，纺锤体的迁移表现为高度随机性，并反复改变迁移方向。进一步的机制研究揭示，脂类物质PtdIns(3,4,5)P3在调控减数分裂纺锤体的定向迁移中起关键作用，PtdIns(3,4,5)P3是F-actin组装的上游调控因子，通过调控F-actin的动态组装进而调节纺锤体的迁移。而Mater则能调控PtdIns(3,4,5)P3在卵细胞中的动态分布，但其具体作用机制尚不清楚，将继续进行研究。.上述结果已总结成两篇研究论文，其中一篇于2013年发表在J Cell Science (Vol 126, pages 715-721), 另一篇投到Human Reproduction, in revision.