小鼠卵母细胞与透明带的最初分离由金属肽酶活性介导

Initial detachment of the mouse oocyte from the zona pellucida is mediated by metallopeptidase activity†

作者信息Angus D Macaulay, Chyna S Ortman, Kevin R J Moore, Jay M Baltz
PMID36179245
发布时间2023-01-14
DOI10.1093/biolre/ioac185

实验完整度

高

包含体外卵母细胞培养、小分子抑制剂筛选、定量附着评分、免疫荧光检测及时间成像等多层级实验,并进行了功能验证和机制验证。

主要模型

小鼠GV期卵母细胞 CD1小鼠

重点核对

使用50 mM GI254023X抑制ADAM10显著阻止分离(IC50 2.3 μM) 卵母细胞从卵巢分离后1.5小时进行分离评分 使用高渗Hepes-KSOM(750或1000 mOsM)揭示附着状态 通过酸Tyrode's溶液去除透明带后检测跨膜ZP3

摘要

完全生长的哺乳动物卵母细胞紧紧附着在其细胞外基质壳透明带(ZP)上,但在排卵信号发出后不久,卵母细胞便与透明带分离。卵母细胞与透明带分离的机制尚不清楚。由于ZP蛋白最初以跨膜蛋白形式分泌,我们假设卵母细胞与ZP的附着由跨膜ZP蛋白介导,而分离发生在这些蛋白被肽酶切割时。为了鉴定可能的肽酶类型,我们使用小鼠卵母细胞转录组数据集来鉴定定位于卵母细胞外部的候选肽酶。通过一组广谱靶向候选肽酶家族的小分子抑制剂筛选,我们发现只有M10和M12金属肽酶家族的抑制剂能阻止分离。使用更具选择性的抑制剂表明,分离可被GI254023X(一种针对M12家族中ADAM10选择性开发的抑制剂)阻止,但未被那些被认为对M10家族或其他在卵母细胞中表达的M12金属肽酶具有选择性的抑制剂阻止。使用一种结合小鼠ZP3潜在切割位点远端表位的抗体显示,在分离发生的时期,该表位逐渐从卵母细胞表面丢失,而抑制金属肽酶活性可阻止该表位的丢失。综合这些结果,卵母细胞与ZP的分离是由金属肽酶活性介导的。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
卵母细胞在减数分裂成熟初期如何从透明带分离,其分子机制尚不清楚,本研究旨在鉴定介导该过程的蛋白酶。
核心机制
金属肽酶(可能是ADAM10)通过切割跨膜ZP蛋白(如ZP3)的胞外域,从而使卵母细胞从透明带分离。
主要证据
在体外培养的GV期卵母细胞中,广谱金属肽酶抑制剂batimastat、marimastat及ADAM10选择性抑制剂GI254023X均能剂量依赖性地阻止卵母细胞-透明带分离,而其他类肽酶抑制剂无效;使用抗ZP3抗体检测到跨膜ZP3在分离过程中逐渐减少,且抑制剂能阻止该减少。
研究意义
该发现提示金属肽酶的激活可能是卵母细胞独立调节体积的第一步,为理解卵母细胞成熟和透明带形成的相关过程提供基础,并可能对相关生殖生物学研究具有参考意义。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

候选肽酶鉴定

筛选卵母细胞中表达的、定位于细胞外或质膜的肽酶作为潜在介导分离的候选分子

利用公共转录组数据GSE70116和另外三个数据集,结合MEROPS数据库和GO注释,筛选出43个候选肽酶,并选择10种小分子抑制剂进行后续实验。

2

卵母细胞-ZP分离实验验证

验证定量分离检测方法的可靠性和卵母细胞活性

将GV期卵母细胞培养不同时间,用450、750或1000 mOsM的高渗Hepes-KSOM处理,根据虚拟网格评分分离程度,并观察成熟至MII的比例。

3

抑制剂筛选影响分离

确定哪类肽酶活性参与卵母细胞-ZP分离

将卵母细胞分别与10种小分子抑制剂共培养1.5小时,然后进行分离评分,并检测卵母细胞成熟至MII的百分比以评估毒性。

4

M10和M12家族抑制剂进一步验证

确认金属肽酶作用并初步区分可能家族

测试marimastat、GM6001、fetuin B、KP457和GI254023X对分离的影响,并测定剂量-反应曲线。

5

抑制作用的持续性和可逆性

评估抑制剂阻止分离的持续时间和可逆性

在4小时和20小时时测定抑制剂作用,并测试去除抑制剂后分离是否恢复;通过延时成像观察卵母细胞成熟过程。

6

检测跨膜ZP3变化

验证分离过程中ZP蛋白的切割

用酸Tyrode's溶液去除透明带,免疫荧光检测剩余跨膜ZP3,在0.5、1.5、2.5、4.0小时测定其水平,并检测抑制剂的影响。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

候选基因鉴定
卵母细胞培养与分离测定
蛋白检测
成像分析
数据分析与统计

产品清单

实验环节名称品牌货号
GI254023XSigmaSML0789
BatimastatSigmaSML0041
MarimastatSigmaM26699
GM6001SigmaCC1000
KP457Medchem ExpressHY-110397
α-MEM培养基Life Technologies12561-056
抗ZP3大鼠单克隆抗体IE-10ATCCCRL-2462
山羊抗大鼠Alexa-fluor 555InvitrogenA-21434
重组小鼠Fetuin BSino Biological50572-M08H
DAPTTocris2634
LY411575SigmaSML0506

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
卵母细胞收集和体外成熟
小鼠品系和年龄:CD1雌性小鼠5-8周龄;超排处理:5 I.U. eCG;培养基:MEMα添加1 mg/ml聚乙烯醇;培养条件:37°C,5% CO2。
阅读提示:见Materials and methods:Oocyte collection and in vitro maturation
分离实验
高渗培养基渗透压(450, 750, 1000 mOsM);分离后时间点(0.5, 1.0, 1.5, 2.5, 4.0, 20小时);评分方法:6级(0-6)使用虚拟网格;抑制剂浓度。
阅读提示:见Materials and methods:Oocyte-ZP adhesion assay 以及相应图例
抑制剂处理
抑制剂浓度和溶剂对照;处理时间:1.5小时或更长时间;洗脱实验。
阅读提示:见Materials and methods:Chemicals and media 以及相应图例
免疫荧光检测跨膜ZP3
酸Tyrode's处理时间:4分钟;固定和透化条件;抗体浓度和孵育时间;图像采集设置(激光源、滤镜等)。
阅读提示:见Materials and methods:ZP3 immunofluorescence imaging
延时成像
显微镜平台:DeltaVision Elite;环境控制:37°C,5% CO2;图像间隔:4分钟;时长可达13.5小时。
阅读提示:见Materials and methods:Time-lapse imaging