学术文章
中国农业大学夏国良/王超教授团队揭示PRC1调控小鼠早期生长卵泡颗粒细胞增殖的分子机制
近年来, 随着“三孩政策”的推广, 女性生殖健康也越来越受到社会的广泛关注。其中, 早发性卵巢功能不全 (premature ovarian insufficiency, POI) 作为常见临床疾病, 严重危害女性生殖能力及自身健康。POI致病因素复杂且因个体差异而表现为高度异质性。其中, 包括基因突变在内的遗传性致病因素发病率高达10.8% [1]。因此, 挖掘POI关联基因突变并探究其作用机制对于进一步阐明POI病理机制和为临床诊疗提供理论支撑均至关重要。近日, 中国农业大学生物学院夏国良/王超教授团队成员在生物医学1区杂志《Theranostics》 (最新IF:12.4) 上发表论文, 报道了多梳蛋白抑制复合体 (polycomb repressive complex 1, PRC1) 调控小鼠早期生长卵泡中颗粒细胞增殖进而影响雌性生殖力的分子机制。
PRC1复合体参与调控机体各组织器官中细胞周期、细胞衰老和肿瘤发生等多种生理活动。经典PRC1复合体的核心成分由催化亚基RING1A/B以及结构亚基BMI1或MEL18构成, 可通过对组蛋白H2A第119位赖氨酸进行单泛素化修饰(H2AK119ub1) 从而抑制靶基因的转录 [2]。该研究中, 研究人员首次在家族性POI患者中发现了PRC1关键亚基—MEL18基因的缺失突变并以小鼠模型开展了表型分析。初步结果发现特异性敲除小鼠卵巢颗粒细胞中的Mel18后, 小鼠在八月龄之前生殖力仍保持正常，据此推测可能存在同源基因的功能代偿作用。为深入分析患者致病原因并揭示其致病机制, 研究人员在颗粒细胞特异性缺失MEL18的基础上进一步敲除了PRC1复合体中Mel18的同源基因Bmi1, 由此所得的双基因敲除小鼠记作dcKO。结果发现，dcKO小鼠在两月龄时已出现性激素水平异常、生殖储备减少、生殖力完全丧失等与POI患者临床指征相似的表型。经观察发现, dcKO小鼠卵巢中H2AK119ub1水平显著下降, 大量卵泡发育阻滞于结构异常的初级卵泡(abPFs) 阶段。这类卵泡内卵母细胞可生长至与正常次级卵泡内卵母细胞相似的直径, 但其颗粒细胞增殖受阻并表现为卵母细胞周围仅有一层立方颗粒细胞包裹。
随后, 研究人员利用激光原位显微切割技术，结合RNA-seq、ChIP-seq以及ChIP-qPCR等对颗粒细胞中的差异基因进行了深入分析与验证。结果显示, dcKO小鼠初级卵泡向次级卵泡发育过程中, 其颗粒细胞中H2AK119ub1水平的异常促使细胞周期抑制分子p21、p27等的表达或活性水平上升, 引起细胞周期阻滞、颗粒细胞增殖受损, 卵泡发育停滞于abPFs阶段, 最终导致了dcKO小鼠的生殖力丧失。研究人员进一步利用透射电子显微镜观察等手段发现, 在dcKO小鼠卵巢的异常初级卵泡中, 不仅颗粒细胞与卵母细胞之间双向信息、物质交流所依赖的物理通道结构受损, 而且卵母细胞特异性分泌的GDF9因子所诱导的旁分泌信号通路也表现异常。以上结果为解释dcKO小鼠出现类似POI病理表型的具体机制提供了证据。
综上, 该研究阐明了在初级卵泡向次级卵泡转化阶段, 颗粒细胞增殖及卵泡发育依赖于细胞内PRC1复合物对H2AK119的单泛素化修饰调节。该研究从临床发现为起点, 通过动物模型所开展的系统性研究为阐明POI相关致病基因的病理机制提供了参考, 也为解释生理条件下表观修饰机制参与调节卵泡发育和维持雌性生育力提供了理论支撑。
中国农业大学夏国良教授和王超教授为文章的共同通讯作者，课题组成员高萌和贵州医科大学张拓副教授为文章的并列第一作者。
参考文献：
[1] Rudnicka, E., Kruszewska, J., Klicka, K., Kowalczyk, J., Grymowicz, M., Skorska, J., Pieta, W., and Smolarczyk, R. (2018). Premature ovarian insufficiency - aetiopathology, epidemiology, and diagnostic evaluation. Prz. Menopauzalny 17, 105-108.
[2] Barbour, H., Daou, S., Hendzel, M., and Affar, E.B. (2020). Polycomb group-mediated histone H2A monoubiquitination in epigenome regulation and nuclear processes. Nat. Commun. 11, 5947.
