蛋白磷酸酶2A亚家族成员在小鼠卵母细胞减数分裂中的作用研究

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蛋白磷酸化/去磷酸化是细胞周期进程的主要调控因素,而这种动态的磷酸化调节则是由一群保守的蛋白激酶和蛋白磷酸酶负责完成。过往的研究重点探讨了蛋白激酶的作用,而相对忽视了蛋白磷酸酶的功能。在真核生物丝/苏氨酸蛋白磷酸酶PPP家族中,PP2A、PP4和PP6在催化亚基的序列上存在着高度同源性,因此这三者又组成了一个亚家族,称为PP2A样蛋白磷酸酶亚家族(PP2A-likeprotein phosphatases,PP2A-like subfamily)。这一亚家族虽然成员不多,但却负责了细胞中绝大多数的丝/苏氨酸蛋白磷酸酶活动,重要性可见一斑。本研究的目的就是要解析PP2A亚家族成员在雌性配子发生中所扮演的角色。  基因Ppp2r1a编码蛋白磷酸酶2A(PP2A)的结构亚基Aα,而PP2A不仅表达广泛,而且作用多样,在许多细胞生理过程中扮演关键角色。为了探索PP2A在雌性生殖细胞减数分裂和卵泡发育过程中的生理作用,利用Ppp2r1aF/F转基因小鼠与Gdf9-Cre小鼠杂交,从而得到自原始卵泡阶段起始卵母细胞特异性敲除PP2A-Aα的小鼠。卵子特异性敲除Ppp2r1a会导致雌性小鼠生殖力显著下降,但是卵泡的存活、生长和排卵均未受影响。实验结果表明PP2A-Aα对卵母细胞的减数分裂成熟是必需的,因为PP2A-Aα敲除之后会促进卵母细胞的减数分裂恢复(GVBD),还会导致MⅡ期纺锤体拉长和姐妹染色单体提前分离。由此产生的卵子伴有高度的染色体非整倍性,尽管能够正常受精,但是后续的早期胚胎发育存在严重缺陷,因而导致生殖力下降。这些发现充分说明,尽管PP2A-Aα不参与调节小鼠卵泡发育过程,但对卵母细胞的减数分裂成熟是不可或缺的。  在PP2A亚家族中,PP6是研究最少的一个成员,它在细胞中的功能了解不多,而它在减数分裂中的作用更是未知。为了探究PP6在雌性配子发生中的生理作用,制作了ppp6cF/F转基因小鼠并将它与Zp3-Cre小鼠杂交,从而得到自初级卵泡阶段起始卵母细胞特异性敲除PP6c的小鼠。Ppp6cF/F;ZCre+小鼠生育力低下,但卵泡生长和排卵正常。进一步研究表明PP6c敲除不影响卵母细胞第一次减数分裂成熟过程,但引起MⅡ期纺锤体异常和胞质分裂的缺陷,导致受精卵非整倍性风险增高、早期胚胎发育失败,最终生育力下降。PP6的缺失干扰第二次减数分裂纺锤体组装和胞质分裂的原因是Aurora A活性的升高,而利用小分子抑制剂MLN8237抑制Aurora A的活性后PP6c的敲除导致的表型得以挽救。结果揭示,PP6是卵母细胞第二次减数分裂和雌性生殖力不可或缺的调节蛋白。
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