论文部分内容阅读
随着第一例试管婴儿出生,辅助生殖技术(ART)已经引起了越来越多的关注,但是其效率依然非常低下,所以,探索受精和早期胚胎发育的过程和机制显得尤为重要。猪作为最重要的大型哺乳动物生物医学模型之一,其生殖调控研究既可作为人类生殖生理和病理过程研究的参考,又可提供供体器官用于人类器官移植,因此我们对猪的受精和早期胚胎发育过程进行研究,来增加人们对其的认识。大量实验证明一些蛋白质和基因在生殖进程中发挥着重要作用,如卵母细胞成熟,受精,合子基因激活以及胚胎发育。随着高通量组学的发展,人们已经发现了许多特异性表达的蛋白和转录本,然而如何筛选出对受精与胚胎发育有重要作用的因子是我们急需解决的问题。最近长链非编码RNA(long non-coding RNAs,lncRNAs)的研究正引起人们的广泛关注,lncRNA可以在多个层次上调控基因表达,参与机体的各种正常生理过程,并与多种疾病有密切关连,但其在哺乳动物早期胚胎发育上的功能机制尚未阐明,对猪早期胚胎中表达的lncRNA更是缺乏完整系统的鉴定和研究。故在本研究中,我们试图在蛋白和lncRNA两个方面对生殖发育过程进行探索。研究报道从卵的生发泡破裂到合子基因组激活(猪为4细胞期,小鼠为2细胞期,人为4细胞期)之前,基因组没有或只有极少的转录活性。考虑到lncRNA转录的时空特异性,故我们拟对体外受精和胚胎基因激活后发育分别进行关键蛋白和lncRNA的筛选和功能研究。主要研究结果如下:(1)通常情况下我们用体外成熟42h的卵母细胞(420)进行体外受精,但在前期工作中,我们已经证明了体外成熟33小时的卵母细胞(330)已经达到了核成熟。我们的研究发现,330体外受精的受精率,精子解聚率,原核形成率,卵裂率以及囊胚率都要显著高于420。通过蛋白质组学比较330和420共得到了 18个差异表达蛋白,其中11个在420中富集,7个在330中富集。生物信息分析显示,差异蛋白主要富集于卵母细胞成熟,染色体重塑,表观修饰,胚胎发现等方面。这表明330拥有更好的体外受精发育潜能与其特异的蛋白成分密切相关,所以我们从330中高表达的蛋白入手进行特异性蛋白的功能研究。(2)我们通过对MⅡ卵注射PDIA3抗体或PDIA3的mRNA来实现对母源PDIA3的扰低和过表达。结果显示当母源蛋白的表达受到抑制后,受精胚胎中精子解聚率显著降低,相反,过表达PDIA3会促进精子解聚。另外,我们发现,当采用DTT预处理的精子对PDIA3干扰组进行IS CI后,其精子解聚率恢复正常水平。这些结果表明母源P DIA 3可能是通过清除鱼精蛋白二硫键在精子解聚过程中发挥功能。(3)由于猪上基因注释非常不完整,导致目前很少有研究在猪上大量预测lncRNA,其与早期胚胎发育的关系的研究更是少之又少。本研究从公共数据库中下载了 30个猪各组织的转录组测序数据,用非依赖序列注释的编码能力预测软件(CNCI、CPAT)预测其编码能力,共获得了4776个新的lncRNA。加权基因共表达网络分析(WGCNA)显示每个发育时期都拥有与其显著相关的共表达基因模块。我们利用同一模块中已知基因的功能富集性分析(GO)来预测其对应的lncRNA的功能,富集结果符合胚胎发育各时期所需要的功能。本研究第一次利用基于序列信息预测lncRNA的方法对猪lncRNA进行了综合分析,并首次对猪lncRNA与早期胚胎发育的关系进行了研究。(4)研究显示猪的合子基因组激活发生在4-至8-细胞阶段,故我们在4-细胞对应的模块中挑选了 2个排名较高的lncRNA的功能进行了初步探索。通过PCR及测序结果的比对分析确定了我们预测的lncRNA的准确性。通过链特异性逆转录PCR确定了我们预测的lncRNA转录方向。通过特异性的引物进行PCR我们发现TCONS00166370具有2种可变剪切。Realtime PCR实验表明,TCONS00166370和TCONS00020255都是4-细胞至桑葚胚特异性表达,并在8-细胞转录水平达到最高。通过注射特异性的锁核酸对两个lncRNA分别进行干扰,2种lncRNA的干扰均导致了胚胎无法发育至囊胚,多阻滞于4-细胞时期,其中TCONS00166370的一个锁核酸片段干扰导致胚胎无法卵裂。