Nature子刊│中国科学技术大学鲍坚强课题组发现NAT10调控小鼠卵母细胞减数分裂细胞周期进程和小鼠卵母细胞成熟

在哺乳动物中，成熟卵母细胞的产生需要在转录和转录后水平上严格调控不连续的减数分裂细胞周期进程。然而，这一复杂而严密的进程背后的因素在很大程度上仍不清楚。

2023年6月22日，中国科学技术大学鲍坚强研究员、朱晓莉博后及广东省生殖医院秦卫兵教授共同通讯在Nature Communications 发表题为“Maternal NAT10 orchestrates oocyte meiotic cell-cycle progression and maturation in mice”的研究论文，该研究揭示了N-乙酰转移酶10 (Nat10 )在小鼠卵母细胞发育中的功能。

本研究表明，Nat10通过形成ac4C修饰，调控CCR4-NOT复合体中主要基因的表达，从而缩短mRNA poly（A）尾来降解母源mRNA，重塑母本转录组，这对卵母细胞减数分裂重启，生长和成熟至关重要。重要的是，本文新开发了一种基于低起始量（5个卵母细胞）的测量poly（A）尾长（PAT）的方法，称为Hairpin Adaptor-poly(A) tail length（HA-PAT），它在成本，灵敏度和效率方面优于传统方法。总之，这些发现提供了遗传证据，揭示了母本Nat10在卵母细胞发育中不可或缺的作用。

在哺乳动物中，生殖细胞与体细胞不同，经历一轮DNA复制后进行两次连续的细胞分裂，产生具有等量遗传DNA的单倍体配子，传递给后代。这个过程存在高度保守且严格的调控作用——减数分裂。在雌鼠出生后，阻滞在减数第一次分裂双线期的卵母细胞被一层扁平的颗粒细胞包围，这些细胞共同构成原始卵泡。原始卵泡进入生长阶段，依次经历初级、次级、早期窦状卵泡、窦状卵泡和大窦状卵泡阶段，然后在体内激素达到一定水平后排卵，恢复减数分裂。在分子水平上，这一过程是高度协调的，大量的基因转录和特定转录本的选择性降解共同构成了母本转录组，早期胚胎重编程期间的所有初始发育事件都依赖于从卵母细胞遗传来的母体RNA转录组。

当完全成熟的GV期卵母细胞恢复减数分裂时，许多先前活跃的mRNAs在翻译上变得沉默，而一些先前“休眠”的mRNAs在翻译上被重新激活。在分子层面，最显著的特点是，从卵母细胞GV期到MII期的转换过程中，多达40%的母源mRNAs被主动选择性降解，其中绝大部分依赖于CCR4-NOT复合体通过缩短poly（A）尾来降解母源mRNA。之前的研究强调了母本转录组完整性在协调卵母细胞及时生长和成熟方面的重要意义，并揭示了当转录组完整性被破坏时，女性不孕的致病作用。然而，哪些因子定义了母本转录组，以及它们如何在卵泡发生的连续阶段中相互协调仍然知之甚少。

Nat10是小鼠卵母细胞减数分裂所必须的（图源自Nature Communications ）

RNA转录后修饰是当前基因表达转录后调控研究领域的热点之一。尽管目前所知的RNA化学修饰超过150多种，但它们的生理功能及生化作用机制大都未知。卵母细胞 mRNAs拥有丰富的表观修饰，少数 (如mRNAs上最常见的N6-甲基腺苷-m6A修饰)已被证明与母源 mRNAs 的主动选择降解密切相关，对卵母细胞母源mRNAs特征性转录谱的建立及早期胚胎发育发挥重要功能。在哺乳动物，Nat10是目前发现催化RNA 分子(rRNA、tRNA以及mRNA)形成N4-乙酰胞嘧啶核苷(ac4C)修饰唯一的酶(writer)。而ac4C这种RNA修饰目前还没有课题组在体内报道对于卵母细胞减数分裂关键事件的调控作用。

HA-PAT示意图和结果图（图源自Nature Communications ）

在本研究中，通过Stra8 和Zp3 驱动的Cre表达，建立了两个种系特异性Nat10 敲除(KO)小鼠模型。该研究发现Nat10敲除后卵母细胞呈现MI期阻滞，且卵泡发育停滞在次级卵泡阶段，揭示了Nat10在卵母细胞减数分裂细胞周期进程中发挥着重要的作用。重要的是，研究设计了一种名为HA-PAT的方法，该方法优于现有的用于检测卵母细胞poly(A)尾长的方法，证明了Nat10通过调控母源mRNA 的poly（A）尾缩短来降解母源mRNA，维持母本转录组的稳定性。同时，研究人员通过优化Ribo-seq和acRIP-seq来证明Nat10形成的ac4C修饰对于母源mRNA 的选择作用。综上所述，研究发现Nat10通过维持CCR4-NOT活性而介导的poly(A)尾缩短是维持卵母细胞转录组的关键机制，并且Nat10通过在转录后和翻译水平上微调基因表达而对小鼠卵母细胞发育至关重要。

参考消息：

https://doi.org/10.1038/s41467-023-39256-0

转自：“iNature”微信公众号

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