著名干细胞研究学者最新PNAS文章 -卵母细胞|蛋白质组学-生物通

生物通报道：来自北京生命科学研究所，英国爱丁堡大学的研究人员报道了不同发育阶段小鼠卵母细胞的蛋白质组学特点，为进一步鉴定卵母细胞重编程因子打下基础。这一研究成果公布在PNAS杂志上。

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文章的通讯作者是北京生命科学研究所的高绍荣研究员，以及爱丁堡大学的Ian Wilmutc，前者是著名的干细胞研究学者，曾在国际上首次报道了通过四倍体囊胚注射得到完全由iPS细胞来源的小鼠。

文章的第一作者是博士生王淑芳，该论文的其它作者包括寇朝辉，景志毅，张郁，郭欣政博士，董梦秋博士。这项研究由科技部和北京市政府资助，在北京生命科学研究所完成

卵母细胞具有非常强的重编程能力，它可以在短短几个细胞周期内把高度分化的体细胞重编程为了具有全能性的克隆胚胎并可以进一步发育成为克隆动物。然而卵母细胞中究竟有什么重要的重编程因子还不清楚，要想了解哪些蛋白是卵母细胞重编程过程所需要的蛋白，就需要对卵母细胞蛋白质组做深入研究。但是由于取材的限制，已知的卵母细胞蛋白表达图谱只发现几百种蛋白。

在这篇题为“Proteome of mouse oocytes at different developmental stages”的文章中，研究人员阐述了不同发育阶段小鼠卵母细胞的蛋白质组学特点，为进一步鉴定卵母细胞重编程因子打下基础。

研究人员在应用LC-MS蛋白质谱方法对每组7000个未成熟的GV卵母细胞、成熟的MII卵母细胞和受精卵进行研究，该研究在GV、MII、受精卵中分别鉴定发现了2781、2973、2082种蛋白，同时也分析了不同发育阶段卵母细胞对应的表达丰富的信号通路。

这一研究是至今在哺乳动物卵母细胞发育中最丰富的蛋白质组研究。卵母细胞和受精卵的蛋白质组研究对于受精过程DNA去甲基化和重编程的机理研究，并且对于促进特定转录因子介导的重编程即iPS的诱导效率都有深远的意义，因为我们发现在成熟的卵母细胞中比其他时期表达更多的转录因子和染色体重构因子。同时也发现了卵母细胞发育和受精所需要的许多营养物质和信号通路，为了解胚胎早期发育、体外培养卵母细胞和不孕不育的研究和治疗提供了一定的基础。

高绍荣博士研究组在干细胞研究上取得了一个又一个重要的研究成果，不仅在在世界上首次利用iPS细胞（诱导多功能干细胞）培育出哺乳动物，而且利用b-地中海贫血成纤维细胞通过过表达四个转录因子获得诱导多能干细胞。

β-地中海贫血症是一种由于血红蛋白β亚基突变而导致其合成降低的一种遗传性血液疾病。该疾病在中国南方地区较为广泛，目前还没有有效的治疗方法。并且，重型β地中海贫血症患病者由于严重贫血及带来的副反应，往往无法活到成年。本篇文章运用iPS技术，通过在体细胞中过表达四个转录因子OCT3/4，SOX2，c-MYC和KLF4，将病人的成纤维细胞诱导成为多能干细胞，所获得的iPS细胞具有正常人ES细胞的特性，并且可以在体外和体内分化为不同类型的细胞包括造血细胞，为该种疾病的治疗提供了新的方法。

此文这一研究组还发表了一篇Differentiation of reprogrammed somatic cells into functional hematopoietic cells文章，介绍了用基因重排技术诱导体细胞为功能性造血细胞的技术。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Proteome of mouse oocytes at different developmental stages

Themammalian oocyte possesses powerful reprogramming factors, which canreprogram terminally differentiated germ cells (sperm) or somatic cellswithin a few cell cycles. Although it has been suggested that use ofoocyte-derived transcripts may enhance the generation of inducedpluripotent stem cells, the reprogramming factors in oocytes areundetermined, and even the identified proteins composition of oocytes isvery limited. In the present study, 7,000 mouse oocytes at differentdevelopmental stages, including the germinal vesicle stage, themetaphase II (MII) stage, and the fertilized oocytes (zygotes), werecollected. We successfully identified 2,781 proteins present in germinalvesicle oocytes, 2,973 proteins in MII oocytes, and 2,082 proteins inzygotes through semiquantitative MS analysis. Furthermore, the resultsof the bioinformatics analysis indicated that different proteincompositions are correlated with oocyte characteristics at differentdevelopmental stages. For example, specific transcription factors andchromatin remodeling factors are more abundant in MII oocytes, which maybe crucial for the epigenetic reprogramming of sperm or somatic nuclei.These results provided important knowledge to better understand themolecular mechanisms in early development and may improve the generationof induced pluripotent stem cells.

作者简介：

高绍荣 博士

北京生命科学研究所研究员

研究概述：

本实验室工作主要集中在研究哺乳动物体细胞克隆胚胎发育过程中再编程(Reprogramming)的分子机理。将体细胞核通过显微操作移入去除遗传物质的成熟卵母细胞中从而启动胚胎发育是一个由体细胞基因表达逆转进入胚胎细胞基因表达的再编程过程，正是由于我们对卵母细胞再编程的分子机理不清楚才使克隆成功的效率仍然处于非常低的水平。而能够分离纯化卵母细胞中特有的再编程因子(Reprogramming Factors)将会对克隆效率的提高以及干细胞的研究起到十分重要的意义。我们今后工作重点之一就是要通过核移植并结合生物化学的方法鉴定卵母细胞胞质中的这些重要因子。

近来，人们已经意识到胚胎干细胞的研究对一些疾病治疗的重大前景。通过核移植的方法可以得到与病人遗传信息相同的胚胎干细胞，从而可以消除移植后免疫排斥的可能。我们实验室已经通过核移植的方法建立起了数十株小鼠体细胞克隆胚胎干细胞系并正在进行体外分化为心肌组织的研究和体内移植后功能的鉴定。同时我们正在进行人治疗性克隆的研究以期尽快建立病人来源的体细胞核移植胚胎干细胞系。

小鼠胚胎发育过程中卵母细胞与早期胚胎极性发生机理的研究也是我们实验室的重要研究方向。

因此，本实验室以后的工作主要集中在：

1. 研究克隆胚胎再编程(Reprogramming)的分子机理，鉴定与纯化卵母细胞中特有的再编程因子(Reprogramming factor)。

2. 建立克隆胚胎干细胞系并进行体外分化与功能的研究。

3. 小鼠卵母细胞与早期胚胎极性发生机理的研究。