卵子发育过程中染色质重构和基因转录调控精Word文档下载推荐.docx
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要】
卵子发育是复杂的生理过程。
卵子发育过程中染色质结构发生显著的变化,经历由非环
绕核仁型向环绕核仁型卵子的转变,并伴随基因转录活性的改变。
表观遗传修饰在染色质重构和基因转录调节中发挥重要作用,主要通过组蛋白乙酰化/去乙酰化的平衡实现。
颗粒细胞和卵细胞胞质的积聚可能为卵子染色质重构和转录抑制提供初始信号。
对卵子发育过程中染色质结构和基因转录调控的表观遗传学变化综述。
【关键词】
卵子;
表观遗传学;
染色质重构;
基因转录;
组蛋白
表观遗传学是研究DNA序列不发生改变时基因表达的一种可遗传的亚稳定状态。
表观遗传修饰作为基因表达调控领域研究的重要方面,能协助控制基因活性,以保证在特定类型的细胞中只有需要表达的基因才处于活化状态,而且这些信息能被储存并在细胞分裂时传递给下一代。
基因转录前染色质水平的结构调整、核酸和蛋白质的甲基化、乙酰化和磷酸化等都属于表观遗传学的范畴,涉及染色质重构（chromatinremodeling和转录延续性。
表观遗传在卵细胞发育过程中发挥重要作用[1],在基因表达调控方面,包括基因印迹和染色质重构两方面。
对卵子发育过程（特别是生发泡期染色质结构和基因转录调控的表观遗传学变化做文献综述。
卵子的发育
卵细胞发育在卵巢内进行,经历增殖期、生长期和成熟期3个发育阶段。
哺乳动物在胚胎期由卵黄囊内胚层经过变形运动沿后肠系膜迁移到生殖
腺的原始生殖细胞,在性别分化后形成卵原细胞,经过一定次数的有丝分裂增加同类型细胞的数量,然后由卵原细胞发育形成初级卵母细胞。
继而,初级卵母细胞进行生长、发育,积累各种营养物质,进行卵质分化及结构建造,合成和贮存胚胎发育所需的各类信息。
初级卵母细胞完成生长后,进行两次成熟分裂。
在此过程中出现两个停滞现象。
第1次停滞是在第1次成熟分裂的前期（MⅠ的双线期,此时,高度分散的染色质周围有完整的核膜,称为生发泡期（germinalvesicle,GV,卵在等待促性腺激素的信号或从抑制卵泡发育的环境中释放;
第2次停滞在第2次减数分裂中期（MⅡ,卵等待受精。
卵巢中的卵母细胞在发育的过程中并不是独立的,而是与其外周的卵泡细胞共同形成卵泡,以各期卵泡的形式共同发育。
卵子发育过程中的染色质重构
卵细胞发育过程中,细胞核发生着重要的变化,染色质结构和功能发生动态改变。
根据染色质结构可将卵细胞分为两类[2]:
①环绕核仁（surrounded
ChromatinReconstructionandGeneTranscriptionalRegulationDuringOogenesisZHANGYu,
HUANGHefeng.AffiliatedHospitalforGynaecologyandObstetricsofMedicalCollegeofZhejiangUniversity,Hangzhou310006,China
【Abstract】Oocytematurationisacomplexphysiologicalprocedure.Duringoogenesis,oocytenucleusexhibitsauniquechromatinconfiguration,whichchangesfromnon-surroundednucleolus（NSNtosurroundednucleolus（SNaccompaniedwiththealterationofgenetranscriptionalactivity.Epigeneticmodificationplaysanimportantroleinthislargescalechromatinmodificationandgenetranscriptionalregulation,whichismainlyregulatedbythebalanceofhistoneacetylation/deacetylation.Somesignalsprovidedbyaccumulatingofgranulosacellsandthecytoplasmoftheoocyte,mayplayaroleinthisprocess.Recentfindingsthatprovidemechanisticinsightintocomplexrelationshipbetweenchromatinmodificationandgenetranscriptionalregulationduringoogenesiswillbediscussed.
【Keywords】OocyteEpigenetics;
Chromatinmodification;
Genetranscription;
Histone
（JIntReprodHealth蛐FamPlan,2009,28:
16-19
生殖医学（辅助生殖技术
·
综述·
nucleolus,SN型:
特征是有一个Hoechst染色阳性的染色质环环绕核仁,染色质聚集呈细丝状。
②非环绕核仁（notsurroundednucleolus,NSN型:
特征是Hoechst染色阳性的染色质分散,不形成环绕核仁的染色质环形结构。
GV期卵母细胞的染色质是一种疏松的状态,即NSN型,在外来信号的刺激下,卵母细胞恢复减数分裂,在光镜下可以看见细胞核膜破裂,核仁消失,核内物质与核质混合,此过程即为生发泡破裂（germinalvesiclebreakdown,GVBD。
在此过程中,起初分散的染色质显著凝集在核膜内缘,与核膜分解同步进行,同时,染色质变为异染色质并包含致密颗粒,形成一个异染色质环围绕核仁,形成SN结构。
这种大范围的染色质结构改变已在多种哺乳动物的卵细胞中发现,包括人类、牛和鼠等[3]。
但是,羊[4]和马[5]的卵细胞例外,其染色质凝集发生在卵子发育的最后阶段,形成不同的结构。
对鼠卵细胞的研究发现,NSN和SN这2种卵细胞核型在卵子成熟过程中均存在[2]。
最初,卵子在减数分裂Ⅰ的双线期处于NSN型,随着卵子的发育,或者保持NSN结构,或者向SN结构转变。
SN型结构最早在直径达到40~50μm的卵母细胞中发现,此直径的卵子中约占5%。
而在直径70~80μm的卵母细胞中,SN型卵子所占比例增高,约50%。
与此相应,随着雌鼠年龄增大,NSN型和SN型卵子的比例发生显著变化。
在1周龄雌鼠中,卵泡未达到窦腔水平（卵子直径<
40μm,故卵子核型均呈NSN结构;
2周龄雌鼠中一部分卵泡达窦腔水平,小部分卵子呈现SN结构;
4周龄左右,鼠进行第1次排卵期间,大部分卵泡达窦腔水平,NSN和SN结构卵子比例接近。
到56周龄以上时,SN期卵母细胞占到90%。
促性腺激素作用能够提高NSN向SN结构转化的比例。
如,4~6周的雌鼠注射马血清促性腺激素（PMSG的48h后,SN/NSN卵子的比例明显增高,而在注射人绒毛膜促性腺激素（hCG、排卵之后,该比例恢复至两者接近水平。
有研究提出NSN结构可能代表一种不成熟状态,不能引发排卵,而必须在排卵前向SN结构转变[2]。
此外,也有学者提出,尽管在体外培养过程中,两种类型的卵子都能发生生发泡破裂,SN型卵子代表更成熟的阶段,对后续的受精和胚胎发育均有影响。
如NSN型卵子培养到MⅡ,体外受精后合子不能发展到2细胞阶段以上,而SN型卵子受精后可以发育到囊胚阶段。
而在鼠类中,2细胞期正是胚胎基因活化（EGA时期,是胚胎发育必须越过的第一障碍。
在受精的最初的20h内,胚胎发育依靠在卵泡发育过程中积聚的母源性RNAs和蛋白质,而在第1次和第2次有丝分裂之后,胚胎开始转录自己的基因[6]。
缺少或错误的EGA会导致胚胎死亡。
因此,NSN结构来源的胚胎可能缺少促使这些基因向2细胞期过渡的必要的表观遗传修饰[2]。
因此下述事实均证明,卵子的SN结构应该代表一种更为高级的发育状态:
①在窦前卵泡中,仅存在NSN结构;
SN结构最初出现于出生后17d左右雌鼠中,为排卵前卵子的主要结构。
②NSN型卵子直径较小。
③NSN型卵子体外培养时间长,成熟率低。
④SN型卵子体外培养受精后发育至4细胞期的比例高。
卵子染色质重构和基因转录调控
在人类和鼠的卵子中,染色质发生大范围的结构调整,即NSN和SN结构的转变与卵子基因代谢状态改变关系密切。
对卵子体内发育和体外培养模型的研究均发现,NSN型卵子呈现高转录水平,可以合成各种类型的RNA,而SN型卵子则呈转录的全面抑制状态[7]。
NSN结构向SN结构转变,形成转录静止,排卵前卵子依靠储存的母源转录产物完成第1次减数分裂。
在随后的受精和早期胚胎发育过程中,转录仍呈抑制状态。
因此,转录静止对卵子成熟和早期胚胎发育是关键,而且转录抑制的时机选择对后续胚胎发育也非常关键。
人为延长转录抑制向减数分裂转变的时间（4~6d:
鼠的1个月经周期会降低胚胎的分裂率和囊胚形成率[8]。
因此,GV期染色质重构是卵子基因转录调控的一种重要方式。
染色质重构对卵子减数分裂和发育能力有重要影响。
多项研究证实,两种类型卵子的转录活性不同。
NSN型和SN型窦腔卵泡卵子的基因产物不同。
Gentile等[9]应用单细胞半定量逆转录聚合酶链反应（RT-PCR研究Cpt1和Cpt2两种代谢基因的相对量,发现Cpt1转录产物仅存在于NSN型卵子中;
Cpt2转录产物在NSN型卵子中含量约为MⅡ卵子的两倍,而在SN型卵子中含量与MⅡ卵子相似,分为高含量和低含量两组。
另有学者对两种类型鼠卵子的polⅠ和polⅡ依赖性转录活性的研究发现,无论年龄和卵泡的大小,SN结构卵子的polⅠ和polⅡ依赖性转录静止,而NSN卵子具有转录活性,而且当浓缩的染色质开始形成环形环绕核仁时,转录活性即降至零。
尽管染色质重构与转录抑制的相关性具有重
要的生物学作用,卵子发育过程中的染色质重构,即NSN向SN结构转化后,卵子形成全面转录抑制的细胞信号途径和相关分子机制并不清楚。
GV期卵子的全面转录抑制发生在生发泡破裂和染色质浓聚之前,与体细胞不同。
有学者用敲除Npm2的转基因鼠为模型,研究向SN结构转变和转录抑制的关系[10]（Npm2是一种与精子染色质重构相关的核伴侣,Npm2缺失的卵子呈现异常的染色质结构[11],可为研究“向SN转变是否是卵子基因转录抑制所必须”提供模型。
应用DNA荧光显象和转录活性检测同时分析染色质结构和转录活性,发现:
在Npm2缺失雌鼠中排卵前卵子不能向SN期转变,这些卵子呈现杂乱的核型,核质中的染色质保持分散,形态学上类似未成熟的卵子,但转录仍全面抑制。
同样,外界因素促使已形成SN结构的排卵前卵子染色质去凝缩后仍不能使其恢复转录活性。
这些结果表明,卵子的染色质重构、向SN结构转变并不是GV期卵子转录全面抑制必需的。
也就是说,尽管两个过程在时间上相关,均发生在排卵前卵子中,大范围染色质结构改变和全面转录抑制是可以分离的。
除广泛的染色质结构变化外,GV期卵子进行继续减数分裂前的转录状态改变可能有其他的机制。
卵子染色质重构与组蛋白去乙酰化
已知有3种机制参与染色质构型的改变:
依赖于ATP的染色质重构、组蛋白移位和染色质的共价修饰（covalentchromatinmodification。
其中染色质的共价修饰既可发生在DNA上也可发生在组蛋白上。
DNA的修饰主要是胞嘧啶的甲基化,而组蛋白的共价修饰则包括乙酰化、磷酸化、甲基化、泛素化和ADP-核糖化[12],由此构成多种多样的组蛋白密码
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