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减数分裂是有性生殖生物产生雌雄配子的必要过程。其中雌配子(卵子)不仅为胚胎提供了一个拷贝的个体遗传信息,还包含了丰富的维持胚胎早期发育必需的母源因子和营养物质。绝大多数脊椎动物的初级卵母细胞在完成生长过程后将停滞在第一次减数分裂的前期(大致对应于有丝分裂的G2期)。长期以来,停滞的初级卵母细胞如何在激素的调控下重新进入分裂期(M期)(这也被称为卵母细胞的成熟过程)是发育生物学领域关注的一个重要的科学问题。然而,这种G2期停滞和细胞周期重启是如何被调控的尚有很多不明确的地方。
母源因子很可能是建立并维持G2期停滞以及细胞周期重启所必需的。在本研究中,我们发现了一个定位在非洲爪蛙卵母细胞植物极皮质层的母源RNA Xacsl。基因Xacsl编码了一个长链脂肪酰辅酶A合成酶(EC6.2.1.3)。降低Xacsl在卵母细胞中的表达可显著加快孕酮激素(progesterone)刺激下的卵母细胞成熟过程。注射Triacsin C(一种长链脂肪酰辅酶A合成酶的特异抑制剂)可导致爪蛙卵母细胞在没有孕酮处理情况下成熟。这些结果提示Xacsl的酶活性对于卵母细胞维持G2期停滞是必需的。长链脂肪酰辅酶A合成酶的产物包括:棕榈酰辅酶A,豆蔻酰辅酶A,和油酰辅酶A等。其中棕榈酰辅酶A作为底物参与蛋白质的棕榈酰化反应。用特异抑制剂直接抑制蛋白质的棕榈酰化也可导致爪蛙卵母细胞在没有孕酮处理情况下成熟,提示抑制Xacsl活性导致的卵母细胞成熟很可能主要是由其产物棕榈酰辅酶A参与的下游反应被抑制所导致的。进一步的功能失去实验结果表明,脂酰转移酶Xdhhc3可能作用于Xacsl的下游,参与维持卵母细胞G2期停滞,并很可能棕榈酰化其中的关键调控蛋白。反之,抑制母源的酰基蛋白硫解酶APT1可阻止激素诱导的成熟,表明主动的去棕榈酰化极可能打破维持G2期停滞的稳态,是导致卵母细胞成熟必需的。进一步的结果显示这一调控的主要目标蛋白质很有可能是GNAS(Gsα)。因此,卵母细胞中关键蛋白质的棕榈酰化是建立/维持G2期停滞必需的,而重启成熟过程依赖于上述蛋白质的主动去棕榈酰化过程。这种卵母细胞成熟的调控机制很可能在小鼠中也是保守的。
总之,本研究首次发现蛋白质棕榈酰化/去棕榈酰化是卵母细胞成熟过程重要的调控机制,并推测该机制在高等脊椎动物中具有保守性。这对于阐明脊椎动物卵母细胞成熟过程的分子机制以及蛋白质棕榈酰化修饰调控都具有重要意义。