單細(xì)胞多組學(xué)再發(fā)力！揭秘人卵母細(xì)胞成熟的潛在機(jī)制

2. 探究高翻譯的基因共有的翻譯調(diào)節(jié)元件

先前對(duì)小鼠的研究表明，卵母細(xì)胞成熟過(guò)程中的高翻譯表達(dá)是由RNA結(jié)合蛋白（RBP）與3'UTR結(jié)合的翻譯調(diào)節(jié)元件所調(diào)節(jié)。然而，由于缺乏翻譯組數(shù)據(jù)集，目前尚未報(bào)道人類(lèi)卵母細(xì)胞中的RBP基序。因此，研究者篩選了人類(lèi)GV和MII卵母細(xì)胞中高翻譯效率[ TE（>1）] 基因的3' UTR，以確定潛在的RBP位點(diǎn)，并研究RBP作為潛在的翻譯調(diào)控因子。研究人員篩選出了高TE MII基因中的RBP結(jié)合基序，分別為FXR1、PCBP1、DDX3X、CPEB2和CPEB4 的結(jié)合基序。此外，研究者鑒定出與卵母細(xì)胞成熟相關(guān)的GO聚類(lèi)中的高 TE基因，例如“染色體分離”、“減數(shù)分裂細(xì)胞周期”和“甲基化”等。

圖3 高翻譯基因3'UTR富集出的RBP結(jié)合基序

3.  探究人類(lèi)與小鼠卵母細(xì)胞的獨(dú)特翻譯基因

小鼠模型常被用于研究和推斷人類(lèi)卵母細(xì)胞成熟的機(jī)制，然而，人類(lèi)卵母細(xì)胞可能存在獨(dú)特的翻譯表達(dá)和調(diào)控。因此，基于小鼠和人類(lèi)卵母細(xì)胞的T&T-seq，研究者通過(guò)選擇人類(lèi)卵母細(xì)胞中翻譯水平較高但在小鼠卵母細(xì)胞中翻譯相對(duì)較低的DEGs，分析了獨(dú)特的人類(lèi)DEGs。結(jié)果發(fā)現(xiàn)了247個(gè)GV特異性基因和259個(gè)MII特異性基因，在這些獨(dú)特的人類(lèi)MII基因中，DNMT1、MSH3、CENPK、OOSP2和AGO2在人類(lèi)和小鼠中的翻譯表達(dá)趨勢(shì)相反(圖4f)。值得注意的是，在小鼠OOSP家族中，OOSP1和OOSP3蛋白都是在成熟過(guò)程中表達(dá)上調(diào)的，而OOSP2蛋白是在成熟過(guò)程中表達(dá)下調(diào)。然而在人的OOSP家族中卻正好相反。研究者發(fā)現(xiàn)小鼠OOSP2基因只有一個(gè)PAS基序，而OOSP1和OOSP3均有多個(gè)與PAS基序相鄰的CPE基序。相比之下，人類(lèi)OOSP2是唯一同時(shí)攜帶CPE和PAS的OOSP基因（圖4）。

圖4 人與小鼠卵母細(xì)胞的翻譯組差異

4. OOSP2蛋白誘導(dǎo)卵母細(xì)胞成熟

PPI分析顯示，OOSP2可能參與卵泡產(chǎn)生及卵母細(xì)胞成熟。為了探究OOSP2是否對(duì)卵子的成熟具有調(diào)控作用，研究者收集了GV卵母細(xì)胞，并使用帶有延時(shí)顯微鏡的孵化器來(lái)監(jiān)測(cè)卵母細(xì)胞的成熟。結(jié)果表明，添加OOSP2蛋白可以提高人卵母細(xì)胞體外成熟率，而添加OOSP2的抗體則會(huì)阻斷OOSP2蛋白的功能，從而影響卵母細(xì)胞的成熟（圖5）。此外，研究者進(jìn)一步探究了OOSP2的潛在誘導(dǎo)基因或途徑。通過(guò)檢測(cè)與hReco-OOSP2、α-OOSP2或無(wú)任何添加劑共孵育1.5 h的人類(lèi)GV卵母細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組和翻譯組，結(jié)果表明α-OOSP2處理的GV卵母細(xì)胞保持不成熟狀態(tài)，而hReco-OOSP2處理的GV卵母細(xì)胞更接近于成熟卵子。另外，OOSP2可以直接調(diào)控下游基因的翻譯，并通過(guò)上調(diào)特定的信號(hào)通路，如小GTPase信號(hào)通路、細(xì)胞器定位通路等，來(lái)促進(jìn)卵母細(xì)胞的核質(zhì)成熟（圖6）。
 

圖5 OOSP2促進(jìn)人卵母細(xì)胞體外成熟


圖6 T&T-seq揭示OOSP2處理人類(lèi)卵母細(xì)胞后的轉(zhuǎn)錄組和翻譯組變化

 

小結(jié)

研究者通過(guò)適用于單個(gè)卵母細(xì)胞的T&T-seq技術(shù)，揭示了人卵母細(xì)胞成熟過(guò)程中從細(xì)胞質(zhì)到細(xì)胞核的時(shí)空順序調(diào)節(jié); 發(fā)現(xiàn)了小鼠和人類(lèi)的卵母細(xì)胞在成熟過(guò)程中翻譯的差異化；鑒定出OOSP2分泌蛋白可能通過(guò)調(diào)控小GTPase信號(hào)通路相關(guān)蛋白的翻譯來(lái)促進(jìn)卵母細(xì)胞成熟，為臨床卵母細(xì)胞體外成熟技術(shù)提供了新的技術(shù)方法及理論依據(jù)。

文章中所用的是單細(xì)胞翻譯組，而中科新生命自建立單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)平臺(tái)以來(lái)，已經(jīng)在檢測(cè)數(shù)量，檢測(cè)深度上實(shí)現(xiàn)重大突破。針對(duì)卵母細(xì)胞、受精卵、胚胎等生殖領(lǐng)域樣本，中科新生命已可在單個(gè)細(xì)胞層面實(shí)現(xiàn)高深度的蛋白鑒定，如單個(gè)小鼠卵母細(xì)胞平均2800+蛋白鑒定數(shù)，單個(gè)人卵母細(xì)胞平均4000+蛋白鑒定數(shù)。

為了回饋廣大科研工作者的大力支持，即日起至11月30日，只要買(mǎi)單細(xì)胞蛋白就送單細(xì)胞測(cè)序，買(mǎi)一贈(zèng)一�。▎渭�(xì)胞蛋白組學(xué)滿(mǎn)600個(gè)細(xì)胞起贈(zèng)單細(xì)胞測(cè)序）