内质网钙通道调控冷冻保存牛卵母细胞钙稳态机制的研究

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生物体细胞内钙稳态对于维持细胞正常机能至关重要。钙稳态受到多种因素的影响,钙稳态失衡可导致细胞内钙浓度异常性升高,即钙超载,从而影响钙信号调控作用,导致细胞及细胞器功能异常,严重时可诱导细胞损伤或凋亡。冷冻保存作为刺激因素可导致卵母细胞内钙稳态失衡,但这种失衡机制及其与冷冻损伤的关系尚不清楚。因此,本研究在玻璃化冷冻保存成熟牛卵母细胞前阻断内质网钙通道,探明介导钙稳态失衡的主要钙通道及其作用机制。此外,本文探讨了LIF(leukemia inhibitory factor,LIF)在牛卵母细胞体外成熟与发育中的调控作用。为提高卵母细胞冷冻保存效率,获得更多高质量体外操作用卵母细胞具有较高的理论意义。在玻璃化冷冻保存卵母细胞前,用内质网Ca2+-ATPase(SERCA)阻断剂毒胡萝卜素(TG)预处理,解冻后的存活率显著降低(p<0.05);用IP3R特异性的膜渗透性抑制剂10μmol/L2-APB预处理10 min,存活率显著升高。冷冻前用2-APB预处理,解冻后卵母细胞CG异常分布比例(42.40%)显著低于冷冻对照组(51.81%,p<0.05),胞内GSH含量显著升高,活性氧(ROS)水平显著降低;孤雌激活卵裂率(61.45%vs.87.83%)和囊胚率(25.95%vs.47.31%)显著高于冷冻对照组。玻璃化冷冻保存前用2-APB预处理卵母细胞,解冻后内质网(ER)重组(ER皮质区簇状分布)明显恢复;内质网应激蛋白GRP78和CHOP的表达显著下调;且与细胞凋亡相关蛋白细胞色素C(cytC),caspase-9及caspase-3的表达量显著降低。在IVM培养液中添加25 ng/mL LIF,分别培养卵丘-卵母细胞复合体(cumulus-oocyte complexes,COCs)和裸卵(denuded oocytes,DOs),与对照组相比,核成熟率显著提高(72.53%vs.81.23%;60.59%vs.70.04%);同时,LIF 可显著提高皮质颗粒(cortical granule,CG)迁移率、胞内谷胱甘肽(GSH)水平及受精相关蛋白CD9的表达。体外受精后,LIF处理组的卵裂率(66.52%vs.76.03%)、囊胚率(25.82%vs.35.35%)和囊胚细胞数(67.52 vs.80.75)均显著提高(p<0.05)。LIF相关信号通路MAPK3/1和JAK/STAT3检测结果显示:MAPK3/1和STAT3磷酸化水平显著升高;用MEK抑制剂U0126处理卵母细胞,仅部分抑制了 LIF诱导的卵母细胞核成熟,但胞质成熟被完全抑制;用JAK/STAT3通路抑制剂JAK inhibitor处理卵母细胞后核成熟和胞质成熟均被完全抑制。本研究分别在IVM、IVC及全程(IVM+IVC)添加LIF检测其对早期胚胎发育的影响。IVM中添加LIF,孤雌激活卵裂率和囊胚率显著高于对照组,全程添加LIF囊胚率(57.19%)最高,且囊胚中多潜能基因POU5F1和NANOG表达量显著高于对照组。综上所述,玻璃化冷冻前用2-APB预处理牛卵母细胞,维持了胞内钙稳态平衡,提高了冷冻解冻后的存活率及卵母细胞的发育能力,降低了内质网应激蛋白及细胞凋亡相关蛋白的表达,可保护卵母细胞免受内质网过度应激引发的钙稳态失衡。此外,LIF通过激活MAPK和JAK/STAT3信号通路,可促进牛卵母细胞核质成熟。
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