Science：刘辰树团队发现控制卵母细胞减数分裂质量的新机制

丁香学术 · 公众号 · · 2024-11-23 16:48

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大部分高等生物，包括人类，通过有性生殖繁衍后代。有性生殖需要减数分裂，这是一种特殊的细胞分裂方式，能让染色体数量减半，产生配子（如精子和卵细胞）。这个过程要求来自于父母双方的染色体（同源染色体）精确地分离，否则会导致配子中染色体数目异常，增加出生缺陷（如唐氏综合征）的风险。

2024 年 11 月 21 日，美国加州大学伯克利分校的刘辰树博士（现为美国理海大学助理教授）和 Abby Dernburg 教授在 Science 杂志发表了一项重要研究。他们揭示了卵母细胞如何在减数分裂中发现并清除缺陷的新机制。这一发现有助于更好地理解生殖健康，也可能为应对生殖障碍和出生缺陷提供新的思路。

研究发现了什么？

为了实现精确的分离，减数分裂中同源染色体必须配对并通过「联会」这一过程形成如「拉链」般稳定的联接。研究团队以秀丽隐杆线虫作为模式生物，发现卵母细胞可以通过核膜上的「检验点机制」来发现同源染色体联会失败的问题。如果发现问题，卵母细胞会启动「自毁」程序，避免有缺陷的卵母细胞被留下。

该「检验点」是如何工作的？通过开发一种叫「化学诱导接近」的技术，研究人员精确操控关键蛋白 PLK-2 的定位，发现它在这个「自毁」程序中起到核心作用。当染色体联会失败时，PLK-2 被招募到细胞核膜并触发核膜的形变，激活一个机械敏感的离子通道 Piezo1/PEZO-1，最终导致卵母细胞凋亡（图 1）。

为什么重要？

这项研究首次证实，细胞核内的变化可以通过机械敏感性离子通道影响生殖细胞的命运。这一机制可能在人类和其他生物中也存在，为应对不孕不育、胚胎发育异常和出生缺陷提供了新的视角。

该工作为系统阐明核膜动态变化在卵母细胞质量控制中的功能提供了一个切入点，并凭借其开发的体内「化学诱导接近」技术为进一步剖析其他细胞生物学问题提供了一个强大的工具。

美国理海大学 (Lehigh University) 生物科学系刘辰树教授作为第一作者和共同通讯作者，与团队正致力于通过细胞生物学、遗传学、工程学等手段研究减数分裂和卵母细胞发育中的关键机制。理海大学是一所位于美国东海岸宾夕法尼亚州的私立研究型大学，成立于 1865 年，邻近费城和纽约，以交叉学科研究和重视学生培养的博士项目著称。刘辰树教授的课题组目前正在招收博士生，欢迎对相关研究感兴趣的同学联系他（实验室主页：theliulab.org，电子邮件：[email protected]）。

图 1：核膜上一个依赖于 Piezo 通道的检验点监控卵母细胞质量。同源染色体配对（Pairing）和联会（Synapsis）对其精确分离（Segregation）至关重要。在秀丽隐杆线虫 （C. elegans） 中，联会失败导致 PLK-2 激酶招募到核膜（1），磷酸化核纤层蛋白 Lamin 并导致核膜形变（2），最终导致 Piezo 介导的细胞凋亡（Apoptosis）（3），从而清除有缺陷的卵母细胞。

原文链接： https://doi.org/10.1126/science.adm7969

审核：刘辰树

图片来源：Science

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参考文献：

C. Liu and A. F. Dernburg, Chemically induced proximity reveals a Piezo-dependent meiotic checkpoint at the oocyte nuclear envelope. Science (2024). https://doi.org/10.1126/science.adm7969

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