Ybx2基因與Ybx2基因敲除小鼠的生育繁殖

賽業(yè)生物《每周一鼠》，每周五更新，為大家講解一個(gè)小鼠模型的故事，希望對(duì)大家了解不同的小鼠模型有所幫助。今天和大家見(jiàn)面的是Ybx2基因敲除小鼠。

Ybx2基因
Y盒結(jié)合蛋白2 (YBX2)，也稱為Contrin或Msy2是非洲爪蟾DNA/RNA結(jié)合蛋白和小鼠MSY2蛋白的人類同源物。由Ybx2基因編碼，是一種在生殖細(xì)胞中高度表達(dá)的核酸結(jié)合蛋白。該蛋白質(zhì)能與一些基因啟動(dòng)子的Y-box元件區(qū)域結(jié)合，也能與這些基因轉(zhuǎn)錄出來(lái)的mRNA結(jié)合^[1]。

YBX2蛋白是信使核糖核蛋白顆粒 (mRNP) 的主要成分，能參與調(diào)節(jié)生殖細(xì)胞中mRNA的穩(wěn)定性及翻譯。YBX2蛋白能通過(guò)不依賴序列的方式以很高的親和力與全長(zhǎng)mRNA結(jié)合，或者低親和力地與特異性序列5'-UCCAUCA-3'相結(jié)合。該蛋白與母源mRNA的結(jié)合能保證該蛋白停留在細(xì)胞質(zhì)中，還可以在細(xì)胞核中標(biāo)記由Y-box啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄出來(lái)的特定的mRNA，并使這些RNA累積在細(xì)胞質(zhì)中，從而進(jìn)一步調(diào)控這些RNA的轉(zhuǎn)錄穩(wěn)定性和翻譯速率^[2]。
 

圖1. YBX2蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)^[3]

與Ybx2相關(guān)的疾病包括混合性生殖細(xì)胞腫瘤和卵巢無(wú)性細(xì)胞瘤。與該基因相關(guān)的GO注釋分析包括核酸結(jié)合通路以及脂質(zhì)結(jié)合通路。該基因的一個(gè)重要同源基因是Ybx3^[4]。

Ybx2基因敲除小鼠
Ybx2（別名Msy2）基因的純合敲除會(huì)導(dǎo)致雌性和雄性小鼠的不育。在精子形成過(guò)程中，生殖細(xì)胞會(huì)在減數(shù)分裂后期終止，同時(shí)分裂期間細(xì)胞的凋亡顯著增加，并且，在附睪中觀察不到精子。成年雌性小鼠的卵巢中能觀察到一些生長(zhǎng)中的卵泡但觀察不到黃體^[5]。

1●Msy2^-/-雄性小鼠精子形成的晚期會(huì)出現(xiàn)停滯現(xiàn)象
Yang J、Medvedev S、Yu J等人為了確定Msy2^-/-雄性不育的原因，首先選擇在6周齡時(shí)對(duì)睪丸進(jìn)行分析比較，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，Msy2^-/-雄性小鼠的睪丸重量（63.95±3.52mg；n=6）在統(tǒng)計(jì)學(xué)上顯著輕于野生型雄性小鼠的睪丸（88.68±3.77mg；n=6）。在低倍鏡下，與成年野生型小鼠相比，成年的Msy2^-/-雄性小鼠的曲細(xì)精管中未檢測(cè)到成熟精子（圖2A）。在高倍鏡下，與野生型小鼠相比（圖2C）相比，研究人員在Msy2^-/-雄性小鼠睪丸中的許多生精小管（圖2B和2D）中看到精子細(xì)胞伸長(zhǎng)導(dǎo)致精子形成受阻。

除此之外，研究人員觀察到許多二倍體的空泡精細(xì)胞以及多核精細(xì)胞。雖然研究人員也發(fā)現(xiàn)了少量外觀正常的精細(xì)胞，但大多數(shù)精細(xì)胞形態(tài)畸形，表現(xiàn)出不同程度的濃縮，并且通常具有多個(gè)細(xì)胞核。不僅如此，成年Msy2^-/- 雄性小鼠的附睪中缺乏成熟的精子（圖2F），而野生型小鼠的附睪中充滿了精子（圖2E）。因此，Msy2的缺失導(dǎo)致精子形成后期發(fā)育阻滯，這種結(jié)果可能是由于減數(shù)分裂后期生精基因的調(diào)控異常導(dǎo)致的。
 

圖2. 來(lái)自6周齡和7周齡野生型和Msy2敲除小鼠的睪丸和附睪的組織學(xué)切片^[6]。
A-B. Msy2敲除小鼠的睪丸。
C. 野生型小鼠的睪丸。
D. Msy2敲除小鼠的睪丸。
E. 野生型小鼠的附睪。
F. Msy2敲除小鼠的附睪。（比例尺：A、E 和 F，20μm；B-D，80μm）

2●Msy2敲除小鼠睪丸中TUNEL陽(yáng)性細(xì)胞的水平顯著增加
研究人員猜測(cè)Msy2敲除小鼠表現(xiàn)出的不育癥和睪丸重量降低可能是生殖細(xì)胞缺失導(dǎo)致的，為了確定這個(gè)假設(shè)，研究人員進(jìn)行了TUNEL實(shí)驗(yàn)分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，與野生型小鼠相比，在7周齡Msy2敲除小鼠的睪丸中可以檢測(cè)到TUNEL陽(yáng)性細(xì)胞的數(shù)量顯著增加（圖 3）。

在更高的放大倍數(shù)下，可以看到大多數(shù)TUNEL陽(yáng)性細(xì)胞處于減數(shù)分裂前期，處于減數(shù)分裂后期的生殖細(xì)胞的數(shù)量較少。
 

圖 3. 對(duì)野生型和Msy2敲除小鼠睪丸的TUNEL實(shí)驗(yàn)。通過(guò)在野生型小鼠和Msy2敲除小鼠的睪丸切片中進(jìn)行原位TUNEL染色檢測(cè)凋亡細(xì)胞（棕色）（比例尺：A和B，20μm；C和D，100μm）^[6]。

3●Msy2敲除雌性小鼠具有早期卵母細(xì)胞缺失的表型
研究人員為了探究Msy2敲除雌性小鼠的不孕癥，在不同的時(shí)間點(diǎn)對(duì)卵巢進(jìn)行了分析。在2日齡和8日齡時(shí)，野生型雌性小鼠和Msy2敲除雌性小鼠的卵巢無(wú)明顯差異。到21日齡時(shí)，Msy2敲除雌性小鼠卵巢中的卵泡較少（圖4C），而在對(duì)照組同年齡階段的雌性小鼠中，其卵巢具有多個(gè)次級(jí)和早期卵泡（圖4A和B）。

到8周齡時(shí)，野生型小鼠的卵巢具有完整的卵泡和黃體（圖4D），而Msy2敲除小鼠的卵巢只能觀察到較少的卵泡和出血性囊腫（圖4E）。到20周時(shí)，Msy2敲除小鼠卵巢中出現(xiàn)了一系列表型，諸如囊腫、卵母細(xì)胞缺乏卵丘細(xì)胞（圖4F）、死亡的卵母細(xì)胞以及間質(zhì)和顆粒細(xì)胞“侵入”透明帶（圖 4G）。

在8月齡時(shí)，Msy2敲除小鼠的卵巢大小和卵泡數(shù)量出現(xiàn)變化，9只Msy2敲除小鼠中有3只小鼠的卵巢很小，而且一般沒(méi)有卵母細(xì)胞和卵泡（圖4H和I）。研究人員發(fā)現(xiàn)全部Msy2敲除小鼠的卵巢都有豐富的間質(zhì)組織，推測(cè)可能是退化的卵泡殘余物和透明帶殘余物。

有趣的是，9只Msy2敲除小鼠中有5只小鼠的卵巢具有黃體，并且其中央包含有卵母細(xì)胞，這種表型類似于具有排卵缺陷的小鼠模型，比如孕酮受體敲除小鼠和pentraxin-3基因敲除小鼠。最后，研究人員對(duì)4只Msy2敲除雌性小鼠進(jìn)行促性腺激素誘導(dǎo)排卵，但4只小鼠都沒(méi)有響應(yīng)激素刺激而排卵。因此，卵母細(xì)胞中Msy2的缺失會(huì)導(dǎo)致卵母細(xì)胞早期發(fā)育缺陷、排卵缺陷和不孕癥。
 

圖4. Msy2敲除雌性小鼠和正常雌性小鼠卵巢的組織學(xué)^[6]。

A–C. 三周齡野生型小鼠(A)、Msy2^+/-雜合子小鼠(B)和Msy2^-/-小鼠(C)的卵巢在相同的放大倍數(shù)下進(jìn)行拍照。D. 野生型小鼠8周齡的卵巢。E–I. Msy2敲除小鼠8周(E)、20 周(F-G)和8個(gè)月(H-I)時(shí)的卵巢照片。值得注意的是，與C圖相比，A圖和B圖中的卵泡數(shù)量更多，D圖中能觀察到大量黃體和處于不同發(fā)育階段的卵泡，但在E圖中，可以發(fā)現(xiàn)黃體缺失、卵泡數(shù)量減少，還有出血性囊腫(HC)以及間質(zhì)組織的增加的表型（比例尺：100μm。）

小結(jié)
Ybx2（Msy2）基因是一個(gè)生殖細(xì)胞特異性的基因，敲除小鼠的表型主要集中在生殖細(xì)胞上，這些結(jié)果表明要研究此基因?qū)ι�殖�?xì)胞的形成，只需要做敲除小鼠就可以。此外，Ybx2基因與mRNA的穩(wěn)定性有很大關(guān)系，老師們也可參考此基因在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中的結(jié)果，看該基因在小鼠上是否會(huì)產(chǎn)生類似的現(xiàn)象，以及是否存在代償?shù)耐緩健?/span>