1月9日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院孫少琛課題組在Science China Life Sciences期刊在線發(fā)表了題為：Insufficient MIRO1 contributes to declined oocyte quality during reproductive aging的研究論文，該研究報(bào)道了線粒體運(yùn)輸?shù)鞍?/span>MIRO1在豬等哺乳動(dòng)物卵母細(xì)胞減數(shù)分裂中的關(guān)鍵作用及其表達(dá)不足影響衰老卵母細(xì)胞成熟質(zhì)量下降的潛在機(jī)理。
家畜繁殖力極大依賴于卵母細(xì)胞成熟質(zhì)量，然而高齡往往會(huì)導(dǎo)致家畜卵母細(xì)胞質(zhì)量下降造成繁殖障礙。高齡母豬繁殖力下降，進(jìn)而影響生產(chǎn)性能導(dǎo)致淘汰，是影響畜牧生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益的重要因素。因此，研究高齡影響卵子成熟質(zhì)量的分子機(jī)理具有重要意義。在卵母細(xì)胞成熟過程中，需要經(jīng)歷減數(shù)分裂恢復(fù)和極體排出這兩個(gè)重要事件。微管組織中心遷移并擠壓核膜促進(jìn)其內(nèi)陷是減數(shù)分裂恢復(fù)的關(guān)鍵步驟之一；中期紡錘體組裝與同源染色體分離是極體排出的保障。卵母細(xì)胞紡錘體組裝需要微管成核蛋白如Ran、TPX2和Aurora A及微管驅(qū)動(dòng)蛋白Kinesin家族成員的調(diào)節(jié)。線粒體是卵母細(xì)胞中負(fù)責(zé)能量供應(yīng)的細(xì)胞器，正常的線粒體功能對(duì)于保證卵母細(xì)胞減數(shù)分裂恢復(fù)和極體排出至關(guān)重要。而老化卵母細(xì)胞的主要特征之一是線粒體功能失調(diào)，包括線粒體動(dòng)力學(xué)異常和線粒體自噬能力下降等。
線粒體運(yùn)輸?shù)鞍?/span>MIRO1是近幾年新發(fā)現(xiàn)的Rho GTP酶成員，多項(xiàng)重要研究表明其與線粒體功能有關(guān)，通過連接線粒體與馬達(dá)蛋白kinesin和dynein調(diào)節(jié)線粒體沿微管的運(yùn)輸。MIRO1還通過調(diào)控線粒體融合蛋白MFN及分裂蛋白DRP1影響線粒體動(dòng)力學(xué)；此外，MIRO1也被報(bào)道為線粒體自噬的重要調(diào)節(jié)因子。然而，其對(duì)線粒體自噬的促進(jìn)還是抑制作用仍然存在爭(zhēng)議，此外MIRO1在豬等哺乳動(dòng)物卵母細(xì)胞成熟中的功能并不清楚。
本研究發(fā)現(xiàn)MIRO1在豬卵母細(xì)胞成熟過程中均有表達(dá)，且定位在線粒體附近。在豬卵母細(xì)胞中破壞MIRO1活性引起極體排出失敗，初步結(jié)果發(fā)現(xiàn)豬卵母細(xì)胞GV期和MI期微管的組裝受到影響，MI期線粒體分布異常。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)在高齡卵母細(xì)胞中MIRO1表達(dá)降低，暗示老化卵母細(xì)胞質(zhì)量下降與MIRO1功能失調(diào)有關(guān)。進(jìn)一步采用模式動(dòng)物研究相關(guān)調(diào)控機(jī)制，發(fā)現(xiàn)MIRO1缺失引起的卵母細(xì)胞成熟缺陷可以通過注射外源性MIRO1 mRNA挽救。質(zhì)譜數(shù)據(jù)表明MIRO1與多種微管和線粒體相關(guān)蛋白有關(guān)。在卵母細(xì)胞生發(fā)泡時(shí)期，MIRO1通過調(diào)節(jié)Dynein介導(dǎo)的MTOC動(dòng)力學(xué)影響后續(xù)減數(shù)分裂恢復(fù)；在卵母細(xì)胞第一次減數(shù)分裂中期，MIRO1通過調(diào)節(jié)Aurora A和驅(qū)動(dòng)蛋白KIF11影響卵母細(xì)胞減數(shù)分裂紡錘體組裝。此外，免疫共沉淀實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)MIRO1與線粒體相關(guān)蛋白DRP1結(jié)合調(diào)節(jié)卵母細(xì)胞線粒體分裂、與Parkin和LAMP2互作進(jìn)而促進(jìn)線粒體自噬。
這些發(fā)現(xiàn)揭示了MIRO1在哺乳動(dòng)物卵母細(xì)胞中除了參與線粒體調(diào)節(jié)的傳統(tǒng)功能外，不僅具有調(diào)控微管動(dòng)力學(xué)介導(dǎo)的減數(shù)分裂恢復(fù)和紡錘體組裝的新功能，并且MIRO1表達(dá)不足可能是老化卵母細(xì)胞成熟質(zhì)量下降的重要原因。本項(xiàng)研究為高齡引起的母畜繁殖力下降提供了分子解析。
南京農(nóng)業(yè)大學(xué)已畢業(yè)博士研究生、煙臺(tái)毓璜頂醫(yī)院助理研究員潘振楠為該研究的第一作者，孫少琛教授為通訊作者。該課題得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2023YFD1300502）、中央高校優(yōu)秀青年團(tuán)隊(duì)/濱江基石計(jì)劃（KYT2024002，KJJQ2024003）、國家自然科學(xué)基金（32370908）的資助。
原文鏈接：https://link.springer.com/article/10.1007/s11427-024-2700-5
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