C型利钠肽在调控斑马鱼卵母细胞成熟中的功能和机制研究

The fish oocyte is arrested at the first meiotic prophase stage during the growth. After the oocyte completes its growth, the resumption of meiosis is triggered by luteinizing hormone (LH) to complete the oocyte maturation process. Currently, much remains unknown about how this prophase arrest is maintained in fish. In recent years, the importance of C-type natriuretic peptide (Nppc) and cGMP activated in this process attracts much attentions. However, such information is still missing in fish. Our preliminary data suggest that Nppc2 and Nppc4 are involved in regulating the meiotic arrest. In this project, using zebrafish as the experimental model, we will further explore four scientific questions. 1) How LH signaling regulates Nppc2 and Nppc4 expression? 2) Whether Nppc2 and Nppc4 are required for oocyte maturation? 3) How Nppc2 and Nppc4 activate cGMP? 4) Whether cGMP is indispensable for oocyte maturation? This project will lead us to a fully understanding on the functional role and mechanisms of Nppcs-cGMP in fish oocyte maturation and provide valuable information for aquaculture practice.

鱼类卵母细胞在成熟前长期阻滞于第一次减数分裂前期，直到黄体生成素（LH）信号恢复减数分裂，促发卵母细胞成熟。目前关于鱼类如何维持卵母细胞成熟阻滞过程中的分子机制还不清楚。近年，C型利钠肽（Nppc）及其所激活的环鸟苷酸（cGMP）信号在该过程中的作用日益受到关注，但相关研究在鱼类生殖中仍近于空白。我们初步的研究表明C型利钠肽Nppc2和Nppc4参与调控鱼类卵母细胞成熟，但其作用机制还值得深入探讨。本项目拟以斑马鱼为动物模型，探讨以下四个科学问题：1）LH如何调控卵巢中Nppc2和Nppc4的表达？2）Nppc2和Nppc4在调控卵母细胞成熟中是否重要？3）Nppc2和Nppc4是否激活cGMP通路? 4）cGMP通路在调控卵母细胞成熟中的重要性如何？本项目将有助于深入了解Nppc-cGMP通路调控鱼类卵母细胞成熟中的生理功能和分子机制，进而为开发鱼类新型催熟剂或催产剂提供新思路。

鱼类和其他脊椎动物一样，卵母细胞在早期通过有丝分裂的增殖进入生长期后，发育将会停滞在减数分裂的前期I，直到完全生长期，受黄体生成素（LH）刺激使得卵母细胞恢复减数分裂，生发泡破裂，第一极体排出，并停滞在中期II，这个过程被称为卵母细胞成熟。在哺乳动物中有研究报道，利钠肽C与其受体Npr2结合生成cGMP进而阻止卵母细胞发生成熟。本项目以斑马鱼为模型，研究探讨了利钠肽家族在卵母细胞成熟中的作用，我们的数个证据都证明利钠肽系统可能并不参与斑马鱼卵母细胞的成熟。然而，我们发现另外一条调节cGMP的信号，一氧化氮信号（NO）通路可显著调控卵母细胞成熟。1）我们发现LH信号通过提高滤泡层细胞中的NO水平来增加cGMP，从而刺激卵母细胞的成熟，而卵母细胞中cGMP的减少也会触发卵母细胞的成熟；2）证明了PKG参与鱼类卵母细胞成熟。发现在卵母细胞成熟的过程中，PKG的活性被激活，且PKG的抑制剂KT5823可显著抑制cGMP调控的卵母细胞成熟和卵母细胞的自发成熟过程；3）首次揭示了cGMP特异性的磷酸二酯酶PDE5a在调节斑马鱼卵母细胞成熟中的作用。在卵母细胞成熟过程中，LH信号可激活卵母细胞中PDE5a的磷酸化。与PDE5a在哺乳动物卵母细胞成熟中的作用不同，在斑马鱼中，PDE5a的基础活性是维持斑马鱼减数分裂停止所必需的。这些结果不仅有助于理解鱼类卵母细胞成熟的机理，也对理解cGMP信号通路在调控脊椎动物卵母细胞成熟中作用的演化提供了重要信息。