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泳坛夺金秘诀:哺乳动物的特点(文档2篇)

分享人:吴逸 来源:互联网 时间:2018-06-29 阅读:0

泳坛夺金开奖结果查询 www.shf9e.cn 以下是网友分享的关于哺乳动物的特点的资料2篇,希望对您有所帮助,就爱阅读感谢您的支持。

第一篇

医学分子生物学杂志,2008,5(1):65268 JMedMolBiol,2008,5(1):65268

哺乳动物精子发生中转录调控机制的特点

夏小雨,陈学进

上海交通大学医学院附属新华医院发育生物学重点实验室 上海市,200092

【摘要】 在哺乳动物精子发生中,存在着特异而精细的转录调控。生精细胞中活跃的转录活动,终止于圆形精子细胞向长型转变的过程之初。睾丸特异性转录调控包括:转录装置的过度表达、睾丸特异性转录因子及启动子的利用,特异性的转录调控途径。转录后调控的作用也十分重要。这些分子事件与卵子发生中的转录调控互有异同。

【关键词】 哺乳动物精子发生;睾丸特异性转录调控;转录后调控【中图分类号】 Q954143,Q756

CharacteristicsofTranscriptionalRegulaogenesis

XIAXiaoyu,ChenKeyLaboraBHospital,MedicalCollegeofShanghaiJiaotongUniversity,【Abstract】 Spermatogenesisisacomplicatedcellulardifferentialprocessunderprecisecontrol1Transcriptioninmammalianspermatogenesisishighlyactiveuntilmid2stageofspermiogenesiswhenitsuddenlyceases1Testis2specifictranscriptionalregulationinvolvesover2expressionoftranscriptionapparatus,specifictranscriptionalfactors,arelaxedpromoterselection,aswellassomespecialsig2nalingpathways1Post2transcriptionalregulationsarealsoimportant,suchasRNAstoringinaRNPform1Intheend,transcriptionalregulationinmammalianspermatogenesisiscomparedwiththatinoogenesis1

【Keywords】 mammalianspermatogenesis;testis2specifictranscriptionalregulation;post2tran2

scriptionalregulation  哺乳动物的精子发生(spermatogenesis)是受精细调控的细胞分化事件。在激素作用下,睾丸中的精原干细胞经有丝分裂、减数分裂和精子形成(spermiogenesis)后,成为单倍体的长型精子,再被输送到附睾中进一步完成营养、修饰等,从而获得运动和受精能力。

在小鼠中,减数分裂后的单倍体精子细胞的形变可分为16个阶段(step1~16),其中step1~8为圆形精子细胞,染色质仍为典型的核小体结构;

(No1资助项目:国家重点基础研究发展规划项目(973计划)

2004AA205010)

通讯作者:陈学进(电话:021255950381,E2mail:[email protected]

)hoo1com1cn

ThisworkwassupportedbytheSpecialFundsforMajorStateBasicRe2searchProgramofChina(973Program)(No12004AA205010)Correspondingauthor:CHENXuejin(Tel:86221255950381,E2mail:

)[email protected]

step9~16的细胞称为转变中的长型精子细胞(elon2gatingspermatids)。在step9时,过渡蛋白(transitionproteins,TPs)在核中出现,并开始替换组蛋白。在step12前后,精蛋白(protamines)出现并开始替换过

渡蛋白,最终将DNA包装为特异的高度浓聚的构象。同样的染色质结合蛋白替换过程,也存在于大鼠、人和其他哺乳动物的精子细胞中。

生精细胞中的基因转录调控与体细胞及卵子发生中的调控有明显区别。对精子发生中基因转录调控的特点进行深入研究,可以增进对精子在受精及早期胚胎发育中的作用的理解。1 哺乳动物精子发生中转录概况

现代分子生物学对转录及其调控机制的了解是

建立在对体细胞的研究之上的。但是,精子发生中

?66?

夏小雨,等.哺乳动物精子发生中转录调控机制的特点

的转录及其调控有许多不同于体细胞中的特异性,按照转录时期、内容和特点的不同,可以分为3个主要时段:精原细胞增殖期;精母细胞分化期;精子形成期。

自A型精原细胞至stageⅡ期B型精原细胞,转录持续活跃,尤其以rDNA为主要对象。随着stageⅡ期B型精原细胞进入有丝分裂,转录暂趋停止。B型精原细胞有丝分裂形成初级精母细胞,细胞中的转录水平逐渐升高,并在粗线期精母细胞的中期达到精子发生中的的最高峰。精母细胞中转录的对象,以编码转录装置、包括特异性转录因子的基因为主。随着精母细胞连续发生两次分裂,转录再次趋于暂停。

精子发生在减数分裂后进入精子形成期。此时,在单倍体圆形精子细胞中,转录再次启动,这是精子发生中转录事件最显著的特点,它的发现打

[122]

非常重要,,其白。在小鼠和大鼠中,转录分别在step7和step8终止。

2 哺乳动物精子发生中转录调控的显著特点

211 精子发生中的染色质结构变化

213 特异性转录因子

哺乳动物生精细胞表达许多体细胞转录因子的

异构物(isoform),这是精子发生中转录调控的重要方式,例如TBP相关因子(TBP2likefactor,TLF)、TFIIAt/ALF、TAF7L、TAFIIQ等。在非哺乳动物如果蝇的精子发生中也有此现象。这些分化阶段特异性转录因子可与通用转录因子同时存在,并发挥独特功能。

214 启动子选择

对启动子的选择性使用在生精细胞中十分常见。如对血管紧张素转化酶(angiotensinconvertingenzyme,ACE)基因的转录可以从第12内含子处开始,其产物为生殖细胞特异性的ACE同工酶,ACE的转录可从6,,3种为辅,共

[,对原癌基因c2abl、c2、睾丸细胞色素C、超氧化物歧化酶1和β2半乳糖苷转移酶等基因的转录也都有多位点起始的现象。这可能是由于,生精细胞中染色质结构的转变、以及过量表达的转录装置降低了启动子识别的严紧性(stringency)?;箍赡苁秦和韫δ芑虻骺氐囊恢址绞?。同一基因的不同转录产物含有不同的5′或3′非编码区(untranslantedregion,UTR),并由此决定之后的加工途径和功能。

215 特异性调控途径

[6]

基因活性与染色质结构密切相关。在精子发生

中,染色质组成及结构发生着活跃的变化。伴随着减数分裂,多种睾丸特异的生精细胞型组蛋白被合成,并逐渐替代了体细胞型,组蛋白的乙?;?、泛素化、磷酸化、甲基化等修饰广泛发生。Step9之后,新合成的过渡蛋白逐渐替换了90%以上的

[4]

组蛋白,随后又被精蛋白所取代。最终,精子核被包装为特异性的高度浓聚的结构,但是在特定位点仍有极少量的核小体结构残留。

212 高表达的转录装置

[3]

21511 TLF的多重作用 作为转录因子,TLF不

能取代TBP的功能,它主要参与启动含TATA2less

启动子的基因,通过与常染色质或异染色质结合,对基因转录起激活或抑制作用。

在精子细胞中,着丝粒异染色质区会浓聚成为染色中心(chromocenter)结构。而在tlf基因敲除小鼠中,不能形成这一结构,却出现多个较小的分

[829]

散的染色质凝集区,且顶体形成异常。这说明TLF是精子形成过程中重要的结构因子。tlf基因敲

在生精细胞中,存在着转录装置的冗余(re2

dundancy),例如过量表达的TATA盒结合蛋白(TATA2boxbindingprotein,TBP)、TFⅡB和RNApolymeraseⅡ。TBP既是重要的通用转录因子,也是生精细胞中高表达的产物。在啮齿类睾丸细胞中,每单倍体基因组所对应的TBPmRNA含量为

[5]

80~200条,是体细胞中含量的35~280倍。TBP蛋白的平均含量为成体肝细胞中数值的8倍,成体脾细胞中的11倍。如此高浓度的TBP蛋白是否都直接参与生精细胞中的转录,目前尚不清楚。

除小鼠中,精子细胞中的多种基因表达被删除,最终,圆形精子细胞在step7之后出现凋亡和降解。21512 ACT2CREM途径 还有一类转录因子,在生精细胞中采用与在体细胞中完全不同的途径参与转录调控。现以cAMP应答元件调控因子(cAMPresponsiveelementmodulator,CREM)为例,它是在睾丸中特异性高表达的cAMP应答元件结合蛋白(cAMPresponseelementbindingprotein,CREB)家族成员。在生精细胞中,CREM不发生磷酸化,不与CREB结合蛋白(CRB2bindingprotein,CBP)

结合;而是被睾丸CREM激活子(ACT)激活,

然后与TFIIA结合,再通过后者选择组成TFIID的

[10211]

转录因子,以此调节转录(图1)。生精细胞中受CREM调控的基因有前顶体素、钙精蛋白、过渡蛋白、精蛋白等。Crem和tlf基因敲除小鼠的表型非常相似,均表现为精子形成的停滞和个体不[12]

育。CREM和TLF可能通过TFIIA的中介而发挥协同作用(图1)

。

[13215]

质结合,形成稳定的核糖核蛋白(RNP)颗粒,大量储存在精子细胞胞质特有的浓染颗粒(chromatoidbody)中。这些储存起来的mRNA,直至减数分裂后、精子形成晚期才有可能被翻译。最终,一部分RNP颗粒未参与翻译,而随胞质残余小体(residualbody)从精子中清除;还有少量仍存在于成熟精子中。例如,生精细胞中存在10种不同的TBPmRNA,通过不同的非编码区序列来决定翻译时序。但最终的蛋白产物却只有一种。

3 提出了转录终止机制的一种假说。一些精子细胞特异性因子,如CDYL,可以招募去乙?;泼?HDACs),从而引起精子细胞中的组蛋白大规模去乙?;?。类似机制可能引发了组蛋白的去泛素化。上述因素,以及组蛋白众多位点上的甲基化,使染色质逐渐转变为非活性结构,转录逐渐停止。之后,在转变中的长型精子中,突然发生了HDACs的大规模降解。这就引发了新一轮组蛋白超乙?;?hyperacetylation)的浪潮,并招募诸如BRDT一类的因子,引发一系列染色质浓聚事件,包括组蛋白的解离及过渡蛋白的组装。

转录终止于step7~8时期的圆形精子细胞中,而过渡蛋白step9时才在核中出现,染色质开始浓聚的时间比转录终止更晚,因此不可能是其原因。精子发生中转录停止的机制仍待深入研究。

Caron等

4 精子发生过程中的特异性转录后调控

411 RNA结合蛋白的作用

[3]

412 mRNA聚腺苷酸尾的脱腺苷酸化

过渡蛋白和精蛋白基因的mRNA,都含由160

个腺苷酸组成的聚腺苷酸尾[poly(A)tail],通过3′非编码区与蛋白质结合,储存在胞质中。当此类mRNA与多聚核糖体结合时,其聚腺苷酸尾会发生

[16217]

部分脱腺苷酸化(deadenylation)。聚A结合蛋白[Poly(A)2bindingproteins]在此过程中发挥重

[18219]

要作用。

413 成熟精子中贮存的RNA

与体细胞相比,精子发生中的转录后调节也有

其独特之处。首先,mRNA的不同命运很可能是由非编码区的组成决定的。与体细胞中hnRNA的快速代谢相比,精子发生中所表达的hnRNA具有很高的稳定性,许多过量表达的hnRNA或mRNA被转运至胞质,通过5′或3′非编码区与不同的蛋白

在成熟精子中,存在大约5000种不同的mR2

[20]

NA。此外还有其他形式的RNA,如U1和U2snRNA。它们主要定位于精子头部,如精子核内、核周隙?;褂猩倭靠赡芊植荚诰游膊康南吡L?、纤维鞘、轴丝中。

成熟精子中的RNA可能发挥重要作用。首先,它们可能作为翻译前的储备,维持精子必需蛋白的代谢平衡。线粒体中发现的翻译活动也可以支持这

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tionofmammalianoocytemeioticchromatinremodelingandsegre2gation[J]1SocReprodFertilSuppl,2007,63:34323581

(2007208229收稿)

一假设。因为RNA是核膜的组分,所以RNA还可

能参与稳定DNA与核膜之间的接触。精子将多种多样的RNA传递给了受精卵,其中有一些是卵子中不存在的

[21]

。合子中的父源RNA,还可能以

siRNA的方式,参与雄原核和基因组印迹的形成。5 与哺乳动物卵子发生中转录调控的异同点

511 共同点

哺乳动物配子发生过程中都包含着十分活跃的转录活动,并伴随着染色质结构的广泛修饰/变化

[22223]

。都存在转录装置的过量表达、特异性的

转录因子与转录调控途径。其产物构成配子发生特异性的表达谱,并共享多种转录后调控机制。许多基因被过量表达,然后以RNP的形式存储在胞质中,参与配子的后期成熟,并在胚胎的早期发育中发挥重要作用。

512 不同点

首先,。细胞中,mbreak2down,GVBD)MI期终止。而在精子发生

中,减数分裂后的单倍体细胞中仍存在着活跃的转录,直至染色质发生浓聚的前夕方才停止。这就提示我们,两亲本配子发生中,转录终止的机制可能不同。前者可能与细胞进入减数分裂M期、染色质被包装为染色体有关。

其次,转录装置和转录产物的命运不同。毕竟,成熟卵子与精子采用了截然不同的生殖策略。未受精卵中仍存在高表达的转录装置,并保留了大量RNP颗粒。而在精子中,大部分产物RNA、RNP和绝大部分转录装置被清除。

近年来,中国和许多经济发达国家的统计数据表明,男性不育症的发病率呈逐年上升。精子发生的机制及其影响因素越发成为研究热点,而其中转录调控的机制无疑是关键部分,对诊疗男性不育症、生殖系统肿瘤提供重要的理论支持。

精子内容物对胚胎的贡献也越来越受到研究者的重视。在临床上,对精子内mRNA的检测可发展为非侵入性的人类优生学技术。对其他动物而言,精子是转基因的理想载体,陆续有这方面的研究结果问世。总之,在发育及生殖生物学蓬勃发展的今天,对精子发生机制的研究必将深入展开,并获得重大反响。参考文献

[1] DADOUNEJP,SIFFROIJP,ALFONSIMF1Transcriptionin

第二篇

2010年第45卷第9期生物学通报5

哺乳动物的受精

韩之明

孙青原

北京

(中国科学院动物研究所计划生育生殖生物学国家重点实验室

100101)

摘要受精是单倍体配子(精子和卵子)融合产生新生命的过程,是有性生殖个体发育的

起点。根据动物种类的不同,受精可以发生在体内,也可以发生在体外。它一方面恢复了染色体双倍体数目,保证了双亲的遗传作用;另一方面,受精可以把生殖细胞通过减数分裂同源重组获得遗传物质变化和个体发生过程中产生的变异遗传下去,保证了物种的遗传多样性,在生物进化上具有重要意义。

关键词

哺乳动物

受精

文献标识码:A

生理过程。哺乳动物的精子在附睾内已经获得了运动能力,但由附睾分泌的一种物质附于精子表面,抑制了受精能力,这种物质被称为去能因子。精子进入雌性生殖道以后,去能因子的作用被解除,精子才具有真正的受精能力,这就是精子获能,能够解除去能因子的物质称为获能因子。精子获能过程中,发生了一系列的变化,包括膜流动性增加、蛋白酪氨酸磷酸化、胞内cAMP浓度升高、表面电荷降低、质膜胆固醇与磷酯的比例下降和游动方式变化等。通过精子获能,可以去除精子表面的覆盖物,暴露出精子膜表面与卵子相识别的位点,精子获能后,精子头部出现流动性不相等的区域,为精子膜与顶体膜融合做好准备,精子顶体后区膜的流动性加大,为与卵膜结合做准备。

中国图书分类号:Q132.1

1受精的概述

受精现象的发现最早始于1875年和1876

年,是由Hertwig和Fol分别在海胆中观察到的。由于哺乳动物受精发生在体内,很难得到大量卵子,不易进行研究,对哺乳动物的受精研究工作起步较晚。19世纪末到20世纪中叶,很多人进行过哺乳动物体外受精的实验,然而哺乳动物的体外受精研究真正发展是在Austin和美籍华人张明觉于1951年发现精子获能(capacitation)现象以后。

2位科学家几乎同时在大鼠和兔中发现,精子必

须在雌性生殖道内滞留一段时间才能获得受精的能力。从精子获能现象发现后大约20年,即70年代初开始,人们实现了哺乳动物精子的体外获能,使哺乳动物的体外受精更易操作。1978年,Step-

tone和Edwards利用体外受精技术成功地获得第1例试管婴儿,使体外受精成为造福于人类的技

术,此后又建立了显微授精技术,使少精症和无精症患者可以得到后代。到目前,全世界已有数百万不育夫妇通过体外受精技术获得了后代。此外,体外受精也已应用于畜牧业生产当中。

受精涉及到精子和卵子之间多步骤、多成分的相互作用。就哺乳动物而言,受精包括精子获能、精子识别卵子透明带(zonapellucida,ZP)及发生顶体反应(acrosomereaction,AR)、精子穿过透明带、精卵质膜发生结合和融合、卵子的激活及第二极体的排放、雌雄原核的形成及融合等多步骤的复杂过程。

3精子识别卵子透明带、顶体反应及穿过透明带低等动物和高等动物生殖细胞的结构和受精

过程存在较大的差异。大多数哺乳动物的卵子在排卵时并没有完成减数分裂,而是处于第2次减数分裂的中期(MII期)。MII期的卵子周围由2层成分包围,一是透明带,它是由生长期的卵母细胞分泌的非细胞成分,由ZP1、ZP2和ZP33种糖蛋白组成;其二是卵丘细胞层,它是由卵丘细胞(cu-

muluscell)和细胞间富含透明质酸的非细胞成分

组成。精子与卵子间的识别和结合是通过精子表面的卵子结合蛋白(egg-bindingprotein)与卵子

ZP表面的精子受体(spermreceptor)相互作用而

实现的。精卵之间的识别和结合发生在卵子透明带上,精子与卵子透明带之间的识别分为初级识别和次级识别。未发生顶体反应的精子与透明带

2精子获能

精子获能是哺乳动物精子在受精前必须经历

的一个重要阶段,是指精子获得穿透卵子能力的

6生物学通报2010年第45卷第9期

之间首先发生初级识别,诱发精子顶体反应;顶体反应后的精子与ZP发生次级识别。顶体反应释放出许多水解酶类,在透明带上溶解出一条通道,借助精子本身的运动,穿过透明带。

在精子与卵子透明带的相互作用中,β-1,4-半乳糖基转移酶I(GalTI)是最早报道的卵子结合蛋白。GalTI与ZP3寡糖链识别并结合可使精子表面GalTI聚集,激活耦联的G蛋白,引发精子发生顶体反应。但是GalT缺失的精子仍然可以与卵子透明带结合,提示精卵结合过程中存在其他不依赖于GaIT-ZP3的结合机制。卵子表面成分作为精子表面受体的配体,起着信号分子的作用,实现精卵识别,诱发精子顶体反应。研究表明,ZP3作为精子受体在精卵识别、诱发顶体反应过程中起重要作用,也对精卵结合后下游信号通路的调节起重要作用。精卵之间的相互作用具有种特异精卵质膜的融合。当一种哺乳动物的卵子在体外与另一种哺乳动物的精子相互作用时,精子很少能与透明带结合而穿过透明带。但是,在很多情况下,去掉卵子周围的透明带,异种之间的受精屏障随之消失。例如,人精子在体外不能与仓鼠卵子ZP结合,而当把ZP去掉后,人精子就可穿入仓鼠卵。因此,大多数情况下,透明带是阻止种间受精的主要屏障。

精子头部前端与卵子透明带接触以后,通过受体-配体的相互作用,顶体外膜与精子质膜发生融合,释放顶体内的水解酶类,这一胞吐过程称为顶体反应。顶体反应释放的水解酶类消化透明带,使精子穿过透明带而到达卵子表面,并使卵子受精。只有获能精子才能与卵子透明带相互作用而发生顶体反应。精子顶体反应的发生是通过精子膜蛋白与卵子透明带上糖蛋白间的相互识别完成的。精子与卵子之间这种蛋白一糖的结合以及进一步的蛋白—蛋白的结合通过跨膜信号传导引发精子内部一系列快速的生理生化反应,如离子浓度、蛋白磷酸化水平、环磷酸腺苷(cAMP)浓度的改变等,从而使得Ca2+水平上升,pH下降,最终导致顶体反应的发生。

除了透明带以外,孕酮也是精子顶体反应的天然诱导物。孕酮可以诱导精子细胞内发生顶体反应所需的信使分子如二?;视停―AG)等。γ-氨基丁酸(γ-aminobutyricacid,GABA)与孕酮有相似的作用。孕酮很可能通过作用于精子的GABA受体而引

发精子的顶体反应。有人提出,在正常生理条件下,孕酮可能与透明带协同作用,引起精子顶体反应的发生。在体外,可用溶解的透明带或钙离子载体

A23187处理诱发获能精子发生顶体反应。4精子与卵质膜结合和融合的分子基础

精子发生顶体反应穿过透明带以后,很快到达卵质膜表面,并与卵质膜结合并融合,整个精子(连同尾部)进入卵子。在大多数情况下,首先精子头的尖部与卵子质膜接触,随后精子头侧面附着在卵子质膜上。精子与卵质膜的作用至少涉及到2个主要步骤,即结合和融合。精卵之间的结合可发生在精子膜的任何区域,包括顶体内膜。因此,精卵结合属于非特异性的细胞间相互作用。与精卵结合相比,精卵融合要求比较严格,需一定的温度、pH和离子条件。精卵结合和融合是2个截然不同的过程,可能涉及到不同的分子。生理性结合,即粘附(adhesion)是精卵融合的前提。在非哺乳类动物和非真兽类哺乳动物,精子的顶体内膜与卵子质膜融合;而在真兽类(胎盘类)哺乳动物,一般认为,参与精卵融合的是精子头部赤道段的质膜。精子的顶体反应对精卵融合却是必不可少的。没有发生顶体反应的精子不能与卵质膜融合。这说明,顶体反应不仅对精子穿过透明带是必要的,在顶体反应过程中,精子质膜蛋白质的迁移和变化构成精卵融合的分子基础。此外,精子运动有助于精子穿过卵丘和透明带,但对精卵质膜的融合而言,精子运动并不是必要的。精卵质膜融合不像精子与卵子透明带作用时具有严格的种特异性。例如,几乎所有动物的精子均可穿入金黄仓鼠的卵子,小鼠的精子可穿入多种动物去透明带的卵子。但是,精卵融合还是具有一定的种特异性,而这是由参与融合的蛋白特异性决定的。例如,金黄仓鼠的卵子最容易与同种精子融合,小鼠的卵子质膜只允许同种精子穿入,豚鼠的精子更易与同种卵子融合,狗的精子不能与仓鼠卵融合等。

卵质膜上参与精卵相互作用的分子包括整合素(integrin)、糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白(glycosyl-

phosphatidylinositoI-anchoredprotein,GPI-anchoredprotein)、膜蛋白CD9和CD81等。其中CD9是第1

个被发现的与精卵质膜融合直接相关的分子,CD9是4次跨膜蛋白(tetraspanin)超家族成员,这种蛋白不仅能在同类分子间而且还能与膜上其他分子相互作用,从而形成广泛的分子协同网络。

2010年第45卷第9期生物学通报7

精子中参与膜融合的蛋白分子包括去整合素金属蛋白酶(ADAM)家族成员、Izumo、DE/CRISP蛋白和赤道素(equatorin)等。Izumo是第1个被证实与精卵质膜融合相关的关键精子蛋白,它的发现被认为是生殖生物学研究领域的一个重要突破。

激活与之相偶联的G蛋白或酪氨酸蛋白激酶,从而引发级联反应。对哺乳动物精子特异性磷脂酶C亚型(PLCζ)诱发了卵胞质中Ca2+浓度上升的发现,使精子因子假说得到了更多人的认可。

6卵子皮质反应及多精受精的阻止

鸟类、鱼类及许多无脊椎动物是多精受精动

Izumo在新鲜精子上无法测出,但出现在顶体反应

后的精子膜上,说明Izumo可能存在于顶体内膜,在顶体反应后才暴露。研究表明,Izumo的缺失可特异性地抑制精卵质膜的融合过程,但不影响精卵融合后的发育过程。这一研究说明,顶体内膜也可能参与精卵质膜的融合。

物。在正常生理条件下,受精过程中可有多个精子入卵,卵子中形成多个雄原核,但最终只有1个雄原核与雌原核结合,完成正常的胚胎发育,而其他雄原核在发育中途退化。胎盘类哺乳动物是单精受精动物,受精时只需1个精子入卵,以保证合子重新恢复二倍体。如果1个以上精子入卵,通?;岬贾屡咛シ⒂斐;蚍⒂柚?,最终夭折。在人类,尽管有三倍体和四倍体婴儿出生的报道,在绝大多数情况下多精受精会导致自然流产。并且,多倍体婴儿通常有严重的缺陷或功能异常。与其他动物相比,猪的多精受精率很高,体内多精受精率可达到30%~40%,而体外多精受精率可高达

5卵子激活

在大部分脊椎动物中,未受精的卵母细胞被

细胞静止因子(cytostaticfactor,CSF)阻滞在MII期。CSF首先是在两栖类发现的。把MII期卵子的细胞质移入2-细胞胚胎中的一个卵裂球中,注射的卵裂球停滞在分裂中期,而没有注射的卵裂球继续分裂。采用细胞融合技术,在小鼠也证实了同一现象。多年前已发现c-mos基因的产物具有CSF的活性,近年的研究证明,内源性减数分裂抑制剂2(Emi2)是后期促进复合体(anaphase-promoting

65%。研究表明,猪卵母细胞质具有一定的清除多

余精子的能力,多精受精的卵子中有多个雄原核形成,但如果多余的精子不干扰正常的雌雄原核结合,胎儿能发育到期。当有多个雄原核与雌原核结合时,可形成二倍体、三倍体、四倍体胎儿,甚至有的胎儿中既有二倍体细胞,也有四倍体细胞,但生下来的小猪中未发现多倍体现象。绝大多数情况下,哺乳动物受精时,只有1个精子入卵。阻止多精受精的机制主要有2种。一种机制是雌性生殖道的初步筛选。尽管哺乳动物一次射出的精子数量可达数千万甚至上亿个,但最终通过生殖道达到受精部位的精子数量很少,通常精子数与卵子数比例不超过10∶1,只有那些活力相当好的获能精子才能到达受精部位。例如,小鼠一次排精大约5千万个左右,但真正到达输卵管受精部位的仅有100~200个。阻止多精受精的另一个机制是卵子本身具有强烈的阻止多精受精的能力,皮质颗粒参与了阻止多精受精。精子穿入卵子后,卵子皮质颗粒的内容物很快释放到卵周隙中,使透明带硬化,精子受体失活(透明带反应);与此同时,精子膜与卵质膜融合,皮质颗粒膜也与卵质膜融合,也改变了卵质膜的性质(卵质膜反应),从而达到阻止多精受精的目的。

complex,APC)的抑制分子。Mos和Emi2都是CSF

的重要组成部分,是诱导MII期阻滞的必要成分,

Mos通过下游的蛋白激酶将Emi2磷酸化,从而促

进Emi2的稳定性和活性,两者协同作用,抑制了

APC,把未受精的成熟卵子阻滞在MII期。

精子入卵使“休眠”的卵子复苏,启动一系列生化事件的发生、代谢的变化和减数分裂的完成,最终导致细胞分裂、分化和新的生命个体的诞生。卵子的这种复苏过程被称为卵子激活(activation)。精子入卵引起卵胞质内Ca2+浓度上升(Ca2+振荡),升高的Ca2+水平激活了钙/钙调依赖性激酶II(Cal-

cium/calmodulin-dependentkinaseII,CaMKII),此

外,高的Ca2+水平使Emi2迅速降解,恢复活性的

APC可以降解CyclinB和使Cdc2失活,从而破坏

了CSF诱导的MII期阻滞,实现中期到后期的转化。精子引发卵胞质内Ca2+浓度上升的机制一直没有定论,长期以来存在2种假说:第一种是精子因子假说,该假说认为是精子与卵质膜融合后精子将可溶性因子释放到卵胞质中,从而引起Ca2+浓度的上升;另一种是受体控制假说,该假说认为是精子与卵子质膜表面的受体相互作用,活化的受体

7精子核去浓缩及雄原核形成

8生物学通报2010年第45卷第9期

在哺乳动物受精过程中精子入卵后,精子核直接与卵胞质作用,发生核膜破裂,精子染色质去浓缩;与此同时,卵母细胞恢复减数分裂,排出第二极体。随后在去浓缩的雄染色质周围进行核膜重建,最后形成雄原核。哺乳动物的圆形精子细胞核的组蛋白在完全被精子特有的鱼精蛋白取代后,染色质变得高度浓缩,形成精子,这就是精核浓缩化的过程。这种独特的浓缩包装方式?;ち司巳旧?,使得精子基因组处于无转录活性状态。在受精过程中精子核的去浓缩过程与精子发生精核浓缩化的过程相反。精子特有蛋白被卵源组蛋白替代的过程与精子核的去浓缩过程是相关联的。精子染色质在卵内去浓缩的过程是受精后精子DNA参与胚胎发育的关键。在原核形成时,内质网可能参与了核膜的组建,精子的核膜和其它膜性成分也可能参与雄原核核膜的形成。

组织发生在精子头的基部。在对猪体外受精过程中中心粒的遗传机制的研究中发现,精子中心粒在受精后即被进一步降解,直到囊胚期才重新出现,是来源于卵母细胞和精子的中心体周蛋白(主要是γ-微管蛋白)形成的微管组织中心在早期胚胎分裂过程中组织纺锤体形成。在大多数哺乳动物(除了灵长类)早期胚胎分裂过程中纺锤体的形成是不需要中心粒参与的,可能是MTOCs中具有微管成核功能的γ-微管蛋白起了主要作用。

哺乳动物受精生物学的研究开展几十余年来,已经积累了大量的研究成果,随着先进研究手段在受精生物学研究中的应用,对受精过程的各个步骤的生理生化以及分子生物学机制的研究正在进一步地开展,将使我们对哺乳动物受精过程及机理有更深入的了解。

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8受精过程的中心体遗传

一般情况下,中心体中央含有1对中心粒,周

围由无定形物质组成,从无定形物质伸出微管束。目前明确的中心体组成蛋白有100多种,其中主要的功能蛋白有γ-微管蛋白(γ-tubulin)、中心体蛋白(centrin)和核有丝分裂器蛋白(Nuclearmitot-

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配子形成过程中,精子保留了1个中心粒但失去了大部分中心体周蛋白,反之,卵母细胞失去中心粒,但保留了大部分中心体周蛋白。受精后,2个配子的中心体组分彼此互补,形成1个中心体在胚胎发育过程中行使功能。但小鼠的情况有所不同。受精前小鼠卵母细胞中有许多(约16个)星体微管结构。有研究表明,小鼠MII期卵母细胞中非纺缍体微管组织中心来自卵母细胞减数分裂成熟过程中的中心体。在小鼠成熟精子中,没有发现中心粒;精子入卵后,也不形成精子星体结构。这些事实说明,小鼠中心体是母方遗传的。受精后卵子胞质中的星体,负责原核的相互靠近。大多数动物的情况与小鼠不同。例如,牛、羊、兔和人卵子胞质中没有微管组织中心。精子进入卵子后,在精子颈部区域形成1个微管星体结构,并随着原核生长及迁移而增大。超微结构观察显示,羊精子入卵后,在形成的2个原核之间,从精子颈部区域的近端中心粒衍生出放射排列的微管,中心粒位于第

1211109876

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1次有丝分裂纺锤体的一极。利用电镜观察和抗

微管免疫荧光标记等方法证明,兔受精后微管的

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