清華新聞網(wǎng)1月15日電 人類(lèi)和哺乳動(dòng)物周期性地排卵，排出的卵子體積很大，它繼承了卵母細(xì)胞的絕大部分細(xì)胞質(zhì)和一個(gè)保留了2套染色體的細(xì)胞核；同時(shí)，還排出一個(gè)與卵子相連的體積很小的第一極體（PB1）。第一極體僅含極少量的細(xì)胞質(zhì)，但也有一個(gè)含2套染色體的細(xì)胞核，第一極體很快就凋亡。當(dāng)一個(gè)精子的細(xì)胞核（雄原核，含有1套染色體）進(jìn)入卵子后，卵子排出一個(gè)極小的、含1套染色體的細(xì)胞（第二極體PB2），因而卵子的核（雌原核）只剩下1套染色體（與第二極體的完全相同），雄原核與雌原核融合成為一個(gè)新的含2套染色體的合子核，合子（受精卵）進(jìn)入胚胎發(fā)育階段。小鼠上，第二極體可以存活3天左右。前人在小鼠上的研究發(fā)現(xiàn)，去除受精卵的第二極體后，胚胎發(fā)育到胚泡期時(shí)，胚泡的形態(tài)和細(xì)胞數(shù)量沒(méi)有變化，因而普遍認(rèn)為哺乳動(dòng)物第二極體對(duì)于胚胎發(fā)育無(wú)用，其排出只是起到去除1套多余染色體的作用，在臨床輔助生殖中將極體取出用于胚胎植入前的遺傳學(xué)診斷。
清華大學(xué)生命學(xué)院孟安明院士團(tuán)隊(duì)在小鼠模型上的研究發(fā)現(xiàn)，第二極體含有RNA聚合酶II和核糖體等參與基因轉(zhuǎn)錄和mRNA翻譯的組分。在1細(xì)胞晚期，第二極體像受精卵一樣開(kāi)始基因轉(zhuǎn)錄；從1細(xì)胞期到2細(xì)胞期，可以檢測(cè)到第二極體中新合成的蛋白。在1細(xì)胞早期，蛋白質(zhì)和小RNA可以在第二極體和受精卵之間雙向運(yùn)輸。通過(guò)油滴標(biāo)記，可以發(fā)現(xiàn)受精卵第一次卵裂剛剛開(kāi)始出現(xiàn)卵裂勾時(shí)，第二極體僅與一個(gè)卵裂球相連，該卵裂球被定義為pbB，而不與第二極體相連的卵裂球定義為npbB。通過(guò)細(xì)胞命運(yùn)追蹤發(fā)現(xiàn)，到胚泡階段，pbB和npbB的后代細(xì)胞之間一般不發(fā)生穿插混雜，pbB的后代細(xì)胞對(duì)內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM，用于形成胚體的前體細(xì)胞）的貢獻(xiàn)大于npbB。在1細(xì)胞中期去除第二極體，形成的胚泡的細(xì)胞總數(shù)和形態(tài)與對(duì)照沒(méi)有明顯的區(qū)別，但pbB和nbpB對(duì)ICM的貢獻(xiàn)大致相當(dāng)，胚泡的著床率顯著下降，能夠著床并發(fā)育到9.5天時(shí)的胚胎明顯縮小、且不能活到出生，這些異?？梢酝ㄟ^(guò)向2細(xì)胞期的pbB中注射第二極體的抽提液而得到克服。當(dāng)用微管抑制劑nocodazole短時(shí)間處理受精卵以破壞極體與受精卵的連接通道，也可觀(guān)察到類(lèi)似1細(xì)胞期去第二極體的效果。他們還發(fā)現(xiàn)第二極體中富集了一些與細(xì)胞多能性相關(guān)的基因的mRNA如Wnt7A，給1細(xì)胞期去第二極體后的2細(xì)胞期胚胎的pbB注射Wnt7AmRNA后，胚泡細(xì)胞命運(yùn)的缺陷可以得到挽救，但著床后的發(fā)育仍然異常。如果在2細(xì)胞期去除第二極體，著床前細(xì)胞命運(yùn)和著床后的發(fā)育似乎都不受影響。這些結(jié)果表明，小鼠的第二極體很可能參與調(diào)控著床前細(xì)胞的命運(yùn)決定和著床后胚胎的發(fā)育（見(jiàn)圖）。盡管目前并不清楚人類(lèi)受精卵的第二極體是否有相似功能，但臨床上取第二極體做遺傳學(xué)診斷時(shí)，應(yīng)考慮等到2細(xì)胞期時(shí)取樣。
a.正常小鼠受精卵的第二極體（PB2）中由mRNA翻譯出的蛋白可以轉(zhuǎn)運(yùn)到合子中，很可能形成濃度梯度，從而導(dǎo)致兩個(gè)子細(xì)胞得到的蛋白量不同，產(chǎn)生發(fā)育命運(yùn)的差異，其中pbB的后代細(xì)胞對(duì)ICM的貢獻(xiàn)更大，在子宮著床后可正常發(fā)育并出生。
b.去除PB2后，2細(xì)胞期的pbB和npbB獲得相同的發(fā)育命運(yùn)，胚泡可能不能著床、著床后死亡、或發(fā)育遲緩并不能出生。
該成果首次發(fā)現(xiàn)了哺乳動(dòng)物受精卵的第二極體具有重要的生物學(xué)功能，但其發(fā)揮功能的分子機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。
該成果于2022年1月10日，以“小鼠胚胎第二極體建立胚胎細(xì)胞命運(yùn)的不對(duì)稱(chēng)性”（The second polar body contributes to the fate asymmetryinthe mouse embryo）為題，在線(xiàn)發(fā)表于《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》（National Science Review），清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士生金弘彬和韓陽(yáng)為共同第一作者，孟安明院士為論文通訊作者。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1093/nsr/nwac003
供稿：生命學(xué)院
編輯：李華山
審核：李含
