前沿丨动科院孙少琛课题组报道Arf1 GTP酶在卵母细胞减数分裂中的作用机制

2023-11-30 来源:动物科技学院(含无锡渔业学院) 作者:张昆环,孙少琛 图片:

11月28日,南京农业大学孙少琛教授团队在Advanced Science期刊发表了题为:Arf1GTPase regulates Golgi-dependent G2/M transition and spindle organization in oocyte meiosis 的研究论文。该研究解析了小GTP酶Arf1在卵母细胞成熟过程对减数分裂恢复(G2/M转换)以及纺锤体组装的重要功能。

哺乳动物卵母细胞减数分裂成熟质量的低下会引起受精失败或多精受精的发生,进而影响早期胚胎发育和成功植入。因此,揭示卵母细胞成熟过程中的分子调控机理及关键因子,解析相关生理机制,有利于为卵子质量提升提供理论支撑。相比于有丝分裂,卵母细胞减数分裂具有GV阻滞、无典型性中心体结构、同源染色体分离、不均等分裂等多个独特特征。

ADP-核糖基化因子1(Arf1)属于GTP酶的Ras超家族,在哺乳动物细胞中普遍表达,通过其活性GTP结合和非活性GDP结合构象之间循环发挥作用。先前研究表明,Arf1在有丝分裂过程中参与脂质信号传导和脂质代谢调节介导的非膜泡运输,以及通过联合马达蛋白来调节肌动蛋白动力学变化参与膜泡运输。但Arf1 GTP酶在卵母细胞中的功能及调控机制还未完全清楚。

在本研究中,作者发现Arf1在卵母细胞中持续表达,并在减数分裂周期中富集于微管。通过siRNA敲低与外源mRNA挽救手段,发现Arf1缺失导致卵母细胞G2/M转换失败和极体排出失败。在此基础上作者检测了相关周期蛋白的表达水平,发现Arf1缺失导致蛋白激酶Myt1表达上调,而Cyclin B1累积失败、CDK1活性降低,通过注射Myt1 siRNA能部分挽救Arf1缺失导致的减数分裂恢复失败。同时,Arf1缺失导致高尔基体解链失败,基于GM130和Rab35的囊泡运输异常。此外,作者发现在第一次减数分裂中期Arf1缺失的卵母细胞呈现纺锤体形态异常,质谱分析及后续验证实验表明Arf1与Ran GTPase相关,通过影响纺锤体组装因子TPX2的表达,进而调控Aurora A与Plk1,引起磷酸化水平下降,参与卵母细胞减数分裂纺锤体组装,并影响微管稳定性,而外源Aurora A补充表达可有效挽救纺锤体组装缺陷。

本研究在前期发现的基础上,进一步揭示了Arf1在卵母细胞第一次减数分裂成熟过程中的新功能及其调控机制,并阐明其调控的潜在分子网络,丰富了对小GTP酶超家族在卵母细胞中的作用和分子调控的认识。继前期报道了转录因子Mcrs1对减数分裂恢复和纺锤体组装的重要作用以来(Ju JQ et al. EMBO Rep, 2023),课题组在卵子细胞周期和细胞骨架调控方面取得了系列进展。

南京农业大学博士研究生张昆环为该研究的第一作者,孙少琛教授为通讯作者,已毕业博士生刘京才潘振楠,硕士生单蒙蒙、嵇一鸣,博士研究生邹媛婧、鞠佳倩也参与了该项研究。

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202303009

审核:吴峰 赵烨烨

校对:崔滢

编辑:胡晓璐

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