HIPPO信号效应蛋白YAP在猪早期胚胎发育中的作用

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哺乳动物胚胎第一次细胞谱系分化产生滋养外胚层和内细胞团两种不同的细胞群体。滋养层细胞分化是以卵裂球极化、细胞间紧密连接建立、钠钾泵及水离子通道形成等事件为特征的上皮细胞分化过程,既是卵裂球致密化和囊胚形成的前提,也是胚胎正确发生第一次细胞谱系分化的重要基础。研究发现HIPPO信号通路主要是以调节其下游效应蛋白Yes-associated protein(YAP)活性来介导多种细胞生物学过程中的基因表达,参与调控小鼠、猪和牛着床前胚胎第一次细胞谱系分化,且YAP也是小鼠胚胎基因组激活及牛囊胚发育所必需的,但YAP在猪早期胚胎滋养层细胞分化中的作用尚待明确。本研究旨在揭示YAP在猪卵母细胞及早期胚胎中的动态表达规律,并探讨YAP基因敲减后对猪着床前胚胎发育的影响,以期为阐明HIPPO信号通路对猪早期胚胎发育的作用及机制提供依据。首先,为明确YAP在卵母细胞和胚胎中的动态表达,采用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)、间接免疫荧光技术(IF)检测YAP表达。发现YAP mRNA从GV期卵母细胞一直到4-细胞胚胎都是高表达,但从8-细胞胚胎显著降低,一直持续到囊胚。YAP蛋白在猪早期胚胎中均有表达并且在2-细胞至4-细胞时期达到顶峰;8-细胞之前,YAP蛋白在细胞核与细胞质中都有定位,而在8-细胞之后,主要定位在胚胎的外部细胞核中。此外,通过RNA聚合酶Ⅱ抑制剂鹅膏蕈碱分别处理2-细胞、4-细胞及第五天囊胚,确定了 YAP是一个母源因子。其次,为探讨YAP在猪早期胚胎发育中的作用,设计了靶向YAP的siRNA,再通过显微操作将YAP-siRNA注射到MII期卵母细胞内,之后将注射后的卵母细胞进行孤雌激活并培养。结果显示,与对照组相比,敲低母源YAP导致大部分胚胎阻滞在8-细胞至桑椹胚(44.78%Vs.97.77%),并且囊胚发育效率显著降低(55.22±2.78%Vs.2.23±1.03%),进一步分析YAP敲低后形成的囊胚,其总细胞数没有变化,但滋养外胚层细胞数减少(42.20±2.63%Vs.23.80±6.76%),内细胞团细胞数增加(11.80±0.73%Vs.22.20±2.46%),内细胞团数与滋养外胚层数的比值增加(0.28±0.02%Vs.1.18±0.22%)。此外,应用YAP和TEAD4之间相互作用的抑制剂Verteporfin(VP)处理胚胎,结果发现:VP处理后显著降低了囊胚发育效率(48.90±4.40%Vs.17.80±4.50%),并且使滋养外胚层数减少(34.67±5.05%Vs.19.50±2.43%),内细胞团数增加(9.17±0.70%Vs.19.83±2.02%),内细胞团数与滋养外胚层数的比值增加(0.37±0.11%Vs.1.32±0.28%)。最后,为进一步探讨YAP敲低对胚胎谱系分化的影响,收集桑椹胚时期的YAP敲低胚胎,利用RT-qPCR技术检测谱系分化及紧密连接等相关基因的表达。结果发现,包括CDX2、OCT4、SOX2和TEAD4在内的多数谱系分化相关基因的表达明显下调;紧密连接相关基因的表达也显著降低,其中CLDN4、CLDN6、TJP1、TJP2 及 OCLN尤为明显。另外,AQP3、ATP1A1、ATP1B1、ATP1B3 和ROCK2等与细胞极化建立及成腔过程相关基因的表达也发生了显著变化。综上所述,母源因子YAP不仅调控猪早期胚胎发育中第一次细胞谱系分化,也调控猪胚胎滋养层细胞分化中紧密连接、钠钾泵及水离子通道的形成。
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