非均质卵胞质的不均等分配为2细胞期卵裂球的差异性全能性奠定了基础

在小鼠和人类中，受精后最初的两个卵裂球并不等价，其中一个产生的上胚层比另一个多（不平衡）；因此，它们不具备同等的全能性。对这一原因的研究忽视了上胚层不平衡之前存在受精不平衡的事实，因为在自然界中，精子优先在动物半球靠近动物-植物极中线（赤道）处使卵母细胞受精。我们提出了一个假说，即这两种不平衡是相互关联的，并将其分解为可检验的预测。如果这两种不平衡是相互依赖的，那么改变精子进入卵母细胞的位置应该会改变上胚层不平衡的程度。因此，我们通过使用ICSI在小鼠卵母细胞的植物半球和赤道处受精，从而消除了受精不平衡。将所得胚胎在2细胞期进行分割，并分析了源自姐妹卵裂球的双胞胎囊胚。与上胚层基因mRNA水平的相似性相反，双胞胎囊胚在上胚层功能上存在差异，如通过NANOG蛋白表达和胚胎干细胞衍生所测量的，并且在赤道处受精的卵母细胞中上胚层不平衡更大。除了卵胞质分子组成的差异外，没有其他简单的方法可以解释这种位置效应，而且这种差异还应在第一次合子分裂时不均等地分配。我们通过测量第一次合子分裂相对于ICSI位点的方向，以及使用半细胞蛋白质组学分析卵母细胞两半球的组成，来测试这些预测。由于我们发现两半球的组成随分割轴的不同而不同，并且第一次分裂的角度是可变的，我们提出非均质卵胞质的可变分配为上胚层不平衡奠定了基础。这些结果重新确立了卵母细胞分子结构在哺乳动物胚胎发生中的作用，而这一物种迄今被认为主要具有调节性发育。