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2019年9月6日范衡宇课题组在Cellular and Molecular Life Sciences上发表论文,揭示DCAF13调控卵母细胞成熟的分子机制

时间:2019年10月17日 访问次数:158

日,Cellular and Molecular Life Sciences在线发表了浙江大学生命科学研究院范衡宇课题组的研究论文“The CRL4‑DCAF13 ubiquitin E3 ligase supports oocyte meiotic resumption by targeting PTEN degradation”发现CRL4 E3泛素连接酶底物识别蛋白DCAF13通过诱导PI3K通路的关键调节蛋白PTEN发生多聚泛素化降解,从而维持卵母细胞中PI3K信号通路的活性促进卵泡发育和卵母细胞减数分裂成熟,维持雌性哺乳动物的生育力

雌性哺乳动物出生前后,体内所有卵母细胞细胞周期同步到达第一次减数分裂前期的双线期,并一直停滞这一阶段,直到排卵前几个小时在激素作用下恢复减数分裂核膜破裂染色质凝集。前中期时,纺锤体开始组装并捕获浓缩的染色体。直到所有染色体都整齐排列在赤道板上,细胞周期才继续往后推进,同源染色体分离,排出第一极体。之后再度阻滞在第二次减数分裂中期,直到受精。之前的研究工作证明,在哺乳动物中,PI3K/AKT信号通路促进卵泡发育和卵母细胞恢复减数分裂,对于雌性生育力维持至关重要。而抑癌基因Pten是该通路中的负调节因子,当卵泡发育到一定程度后需要被降解;相反地在卵母细胞中特异性敲除Pten基因,将会引起卵泡提前发育和过度激活,从而引起卵巢早衰。但是在生理条件下卵母细胞中谁负责在特定时期降解PTEN蛋白呢?这是雌性生殖领域多年未解的科学问题。

范衡宇教授实验室在之前的研究发现一个新的CRL4 E3泛素连接酶底物识别蛋白DCAF13在人和小鼠早期胚胎中高表达并发现缺失DCAF13的胚胎只能发育至桑葚胚阶段(Zhang, et al, EMBO Journal, 2018)为了进一步阐明DCAF13在卵泡发育和卵母细胞中的功能,范衡宇教授实验室在卵母细胞中特异性敲除Dcaf13基因,发现Dcaf13敲除影响了pre-rRNA的剪切和核糖体小亚基的组装,导致这些卵母细胞生长缓慢,很快凋亡,造成卵巢早衰(Zhang, et al, Cell Death & Differentiation, 2018)在接下来的研究工作中,该课题组Dcaf13在减数分裂成熟过程进行了细致的观察和机制探索。结果发现,CRL4BDCAF13 E3泛素连接酶可以识别并泛素化降解PI3K信号通路的抑制PTEN,从而维持了卵母细胞中AKT的活性,促进细胞周期激酶CDK1的激活,推动减数分裂恢复。当卵母细胞中DCAF13缺失后,PTEN蛋白被积累,PI3K信号通路不能正常激活,使得部分卵母细胞不能恢复减数分裂,阻滞在第一次分裂前中期;同时卵母细胞中DCAF13缺失后也导致后期促进复合体APC不能正常激活,阻碍了卵母细胞中期向后期转换

 

Dcaf13基因敲除的卵母细胞具有减数分裂缺陷:微管组织中心组装,纺锤体形态和染色体排列异常。(范衡宇实验室,Cellular and Molecular Life Sciences2019

这些系列研究不仅发现了促进卵母细胞成熟的新基因,也揭示了DCAF13参与减数分裂细胞周期调控网络的内在分子机制;更重要的是,找到了降解PTEN的泛素连接酶,进一步阐明PI3K信号通路在卵母细胞中的调控机制,对于卵泡发育和卵母细胞成熟机理研究以及辅助生殖临床实践都有一定的创新性意义范衡宇实验室已毕业博士生张珏、张银丽和在读博士研究生赵龙雯为本文章共同第一作者,范衡宇教授为通讯作者。

 

DCAF13在卵母细胞减数分裂过程对细胞周期蛋白调控的示意图。(范衡宇实验室,Cellular and Molecular Life Sciences2019

 

原文链接:https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00018-019-03280-5