亚砷酸钠对小鼠早期胚胎发育的影响及机制研究

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早期胚胎作为哺乳动物生命的最初形式,其命运与胚胎植入、妊娠结局及子代的健康都有着紧密的联系。胚胎在植入子宫之前,其基因表达、蛋白的合成、能量需求和氨基酸代谢的均发生剧烈的改变,因而胚胎对所处的环境因素非常敏感。亚砷酸钠作为一种类重金属盐,不易降解,易在环境中积累,雌性动物在繁殖后代时易受环境中砷暴露的影响。先前的研究表明亚砷酸钠会通过多方面影响雌性动物的繁殖效率,如卵母细胞减数分裂异常、细胞分化异常、DNA甲基化的改变和ROS异常升高,但其阻碍植入前胚胎发育的具体机制尚不清楚。本研究利用小鼠胚胎体外培养体系,研究亚砷酸钠对小鼠早期胚胎发育的影响及具体影响机制。具体研究结果如下:(1)当用不同浓度的亚砷酸钠(1μM、3μM、5μM)处理1-cell胚胎时,亚砷酸钠会阻碍小鼠早期胚胎发育,且该影响具有剂量依赖性,5μM亚砷酸钠处理会导致大部分胚胎(87.09±4.53%)发育阻滞在2-cell阶段。(2)通过对5μM亚砷酸钠处理的2-cell胚胎进行RNA-seq分析发现:在亚砷酸钠处理组,有3069个基因的转录水平发生了改变,其中上调基因1672个,下调基因1397个。2-cell胚胎合子基因组激活(Zygotic Genome Activation,ZGA)受抑制;同时母源效应基因的降解异常,其中合子依赖性母源效应基因的降解受影响最大。(3)亚砷酸钠虽没有引起2-cell胚胎全基因组组蛋白H3K27ac修饰分布的改变,但可诱导其修饰水平总体发生下调。BRG1启动子区域H3K27ac的修饰水平下调伴随着基因转录水平的下降,并最终影响胚胎发育。以上结果表明,亚砷酸钠通过改变BRG1启动子区域H3K27ac修饰水平、降低其转录水平,进而阻碍2-cell胚胎的合子基因组激活和母源效应基因的降解,最终导致亚砷酸钠处理后的胚胎发生2-cell阻滞。本试验探究了亚砷酸钠阻碍早期胚胎发育的具体机制,为砷类化合物的生殖毒害评价以及缓解和预防其带来的潜在危害提供重要理论依据。
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