皮层下母源复合体经由14-3-3调控哺乳动物早期胚胎发生中的细胞周期

The subcortical maternal complex modulates the cell cycle during early mammalian embryogenesis via 14-3-3.

作者信息Zhuo Han, Rui Wang, Pengliang Chi, Zihan Zhang, Ling Min, Haizhan Jiao, Guojin Ou, Dan Zhou, Dandan Qin, Chengpeng Xu, Zheng Gao, Qianqian Qi, Jialu Li, Yuechao Lu, Xiang Wang, Jing Chen, Xingjiang Yu, Hongli Hu, Lei Li, Dong Deng
PMID39406751
发布时间2024-10-15
DOI10.1038/s41467-024-53277-3

实验完整度

包含体外重建与冷冻电镜结构、细胞共转染与Co-IP、小鼠卵母细胞/受精卵功能实验(Trim-Away、mRNA补充)及人类卵母细胞/胚胎验证等多层级验证。

主要模型

小鼠GV卵母细胞与受精卵 HEK-293F细胞 Tle6缺失小鼠来源卵母细胞/受精卵 Floped缺失小鼠来源卵母细胞/受精卵 人类卵母细胞与胚胎

重点核对

TLE6 Ser139和Ser209磷酸化位点:突变后影响与14-3-3结合及胚胎发育 SCMC缺失(Tle6Null或FlopedNull)对14-3-3和CDC25B蛋白水平的影响 14-3-3补充对SCMC缺失受精卵发育的挽救效果 CDC25B补充对TLE6敲低受精卵发育及CDK1活性的挽救效果 SCMC-14-3-3γ冷冻电镜结构:分辨率3.0Å

摘要

皮层下母源复合体(SCMC)对于维持哺乳动物雌性生育力至关重要。该复合体在卵母细胞中组装,维持早期胚胎的分裂,但其潜在机制尚不清楚。在此,我们报道14-3-3(一种多功能蛋白)是SCMC的一个组分。通过解析含有14-3-3的SCMC的结构,我们发现TLE6的磷酸化有助于招募14-3-3。在机制上,在母源-胚胎转换期间,SCMC稳定14-3-3蛋白,并有助于正确控制CDC25B,从而确保小鼠受精卵中成熟促进因子的激活和有丝分裂进入。值得注意的是,SCMC在人类卵母细胞/胚胎中与14-3-3和CDC25B建立了保守的分子联系。本研究揭示了SCMC调控早期胚胎细胞周期的分子机制,并阐明SCMC在哺乳动物早期胚胎发生中的功能。

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
SCMC如何调控早期胚胎细胞周期进而维持卵裂?
核心机制
SCMC通过招募14-3-3(依赖TLE6 Ser139/Ser209磷酸化),稳定14-3-3蛋白,进而增强SCMC与CDC25B的关联,维持CDC25B蛋白稳定性,促进CDK1去磷酸化(Tyr15),激活MPF,确保受精卵有丝分裂进入。
主要证据
冷冻电镜结构显示14-3-3二聚体结合TLE6磷酸化位点;Co-IP和ITC证实磷酸化TLE6与14-3-3结合;Tle6Null/FlopedNull卵母细胞和受精卵中14-3-3和CDC25B水平下降,CDK1 Tyr15磷酸化升高;补充14-3-3或CDC25B部分挽救发育阻滞;PLA证实TLE6与CDC25B原位互作。
研究意义
作者提出该发现有助于开发针对SCMC基因突变所致复发性早期胚胎停滞的精准诊断和治疗方法。

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

鉴定14-3-3为SCMC组分

验证14-3-3是否与SCMC在体内及体外结合。

通过阴离子交换色谱和质谱鉴定14-3-3;通过pull-down和Co-IP验证内源结合;通过免疫荧光观察共定位。

2

解析SCMC-14-3-3γ冷冻电镜结构

确定14-3-3与SCMC的结合方式。

体外重组SCMC(MATER、TLE6、FLOPED、FILIA)与14-3-3γ复合物,进行冷冻电镜数据采集和结构解析。

3

验证TLE6磷酸化对14-3-3招募的作用

验证TLE6特定磷酸化位点是否对14-3-3结合及胚胎发育至关重要。

构建TLE6磷酸化位点突变体,进行Co-IP、ITC;在受精卵中通过Trim-Away敲低TLE6并补充mRNA观察发育。

4

评估SCMC对14-3-3蛋白稳定性的影响

验证SCMC是否维持14-3-3蛋白水平。

比较Tle6Null或FlopedNull卵母细胞/受精卵中14-3-3蛋白水平;进行mRNA检测;在HEK-293F细胞中测试SCMCcore对14-3-3γ降解的影响;补充14-3-3观察对发育的挽救。

5

验证14-3-3介导SCMC与CDC25B关联

验证14-3-3是否增强SCMC与CDC25B结合。

通过PLA检测TLE6和CDC25B原位互作;在HEK-293F细胞中进行Co-IP检测SCMC与CDC25B结合及14-3-3的促进作用。

6

验证SCMC-14-3-3对CDC25B和CDK1活性的影响

验证SCMC是否通过稳定CDC25B调控CDK1活性。

检测Tle6Null或FlopedNull卵母细胞/受精卵中CDC25B蛋白水平、CDK1总水平和Tyr15磷酸化;在TLE6敲低受精卵中补充Cdc25b mRNA观察发育和CDK1活性。

7

验证人类SCMC与14-3-3和CDC25B的保守关联

验证人源SCMC是否也存在与14-3-3和CDC25B的分子联系。

在HEK-293F细胞中验证人SCMC与14-3-3γ和CDC25B互作;在人受精卵和胚胎中检测TLE6与14-3-3及CDC25B的定位和互作。

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。

产品清单

实验环节名称品牌货号
Ni-NTA树脂Qiagen30250
抗FLAG M2亲和凝胶----
SMM 293-TII表达培养基Sino BiologicalM293TII
SIM SF表达培养基Sino BiologicalMSF1
聚乙烯亚胺Polysciences23966
Cellfectin II试剂ThermoFisher Scientific10362100
谷胱甘肽琼脂糖4BGE Healthcare17075601
SOURCE 15QGE Healthcare17094705
Superose 6 Increase 10/300 GLGE Healthcare29091596
Superdex 200 Increase 10/300 GLGE Healthcare28990944
Strep-Tactin树脂IBA Life Sciences2-4030-025
Pierce Protein A/G磁珠ThermoFisher Scientific88802
聚偏二氟乙烯膜Millipore--
G:BOX Chemi XRQ成像系统Syngene--
兔抗14-3-3(pan)抗体Cell Signaling Technology8312
兔抗14-3-3 pan多克隆抗体ThermoFisher Scientific51-0700
小鼠抗NLRP5抗体Novus BiologicalsNBP1-76289
小鼠抗TLE6抗体AbmartM034864
兔抗TLE6抗体AbmartPU440858
小鼠抗CDC25B单克隆抗体Proteintech67145-1-Ig
兔抗CDK1特异性多克隆抗体Proteintech19532-1-AP
兔抗磷酸化cdc2 (Tyr15)抗体Cell Signaling Technology9111S
兔抗GAPDH抗体Abcamab181602
兔抗DDDDK标签单克隆抗体ABclonalAE063
兔抗HA标签多克隆抗体ABclonalAE036
小鼠抗strep标签单克隆抗体HuaxingbioHX1816
HRP标记兔抗β-Actin单克隆抗体ABclonalAC028
HRP标记山羊抗豚鼠IgG(H+L)ABclonalAS025
山羊抗小鼠IgG H&L (HRP)ZenBio511103
山羊抗兔IgG H&L (HRP)ZenBio511203
G-MOPS plus培养基Vitrolife10130
G1-plus培养基Vitrolife10128
G2-plus培养基Vitrolife10132
M2培养基Sigma-AldrichM7167
孕马血清促性腺激素Nanjing Aibei BiotechnologyM2630
人绒毛膜促性腺激素Nanjing Aibei BiotechnologyM2530
改良Krebs-Ringer碳酸氢盐培养基(TYH)Nanjing Aibei BiotechnologyM2030
人输卵管液培养基(HTF)Nanjing Aibei BiotechnologyM1130
KSOM培养基Nanjing Aibei BiotechnologyM1430
Triton X-100Sigma–Aldrich9036-19-5
牛血清白蛋白Biofroxx4240GR025
DAPIBeyotimeC1006
Alexa Fluor 488标记山羊抗小鼠IgG(H+L)Jackson ImmunoResearch115-545-062
罗丹明Red-X标记山羊抗兔IgG(H+L)Jackson ImmunoResearch111-295-144
Apex Alexa Fluor 647抗体标记试剂盒ThermoFisher Scientific10359016
Alexa Fluor 488抗体标记试剂盒ThermoFisher ScientificA20181
Titan Krios Gi3冷冻电镜ThermoFisher Scientific--
Gatan K3 Summit探测器Gatan--
GIF Quantum能量过滤器Gatan--
Quantifoil Au200 R1.2/1.3载网Quantifoil--
Vitrobot Mark IVThermoFisher Scientific--
Q Exactive Plus质谱仪ThermoFisher Scientific--
EASY-nanoLC 1200系统ThermoFisher Scientific--
Q Exactive HF-X质谱仪ThermoFisher Scientific--
MicroCal ITC200等温滴定量热仪Malvern--
SP6 message mMACHINE试剂盒ThermoFisher ScientificAM1340
异丁基甲基黄嘌呤GLPBIOGC11730
H89SelleckS1582
Duolink PLA荧光检测Sigma-Aldrich--
EasyScript一步法基因组DNA去除和cDNA合成预混液TransgeneAE311-03
ChamQ SYBR qPCR预混液VazymeQ311-02
CFX Connect实时荧光定量PCR检测系统Bio-Rad--
BeyoClick EdU细胞增殖检测试剂盒(Alexa Fluor 488)BeyotimeC0071
Hoechst 33342----
GraphPad PrismGraphPad Software, Inc.--
抑肽酶Sangon BiotechA600153
胃蛋白酶抑制剂ASangon BiotechA610583
亮抑酶肽Sangon BiotechA600580
咪唑Sigma–Aldrich288-32-4
二硫苏糖醇INALCO1758-9030
异丙基β-D-硫代半乳糖苷BLUEPUS3001858
还原型谷胱甘肽----
Nonidet P-40去垢剂Sangon BiotechA600385-0100
生物素----
Flag肽----
吐温-20Sigma-Aldrich9005-64-5
脱脂奶粉----
ECL化学发光底物BiosharpBL520B
脱氧核苷三磷酸TIANGENCD111-03
RNA酶抑制剂Sangon BiotechB600478

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
冷冻电镜结构解析
SCMC-14-3-3γ复合物组装方法、蛋白片段、分辨率
阅读提示:Methods: Recombinant protein expression and purification、Cryo-electron microscopy sample preparation and data collection
TLE6磷酸化突变体构建
TLE6突变体种类(S139A、S209A等)
阅读提示:Results: Site-specific phosphorylation of TLE6 is essential for 14-3-3 recruitment, Fig. 2d
受精卵Trim-Away
Trim21 mRNA、抗TLE6或抗pan 14-3-3抗体、注射时间
阅读提示:Methods: In vitro transcription and microinjection of oocytes and zygotes
胚胎发育评估
观察时间点(24, 48, 72, 96 h pMI)、发育阶段分类
阅读提示:Figure legends: Fig. 2f, Fig. 3i, Fig. 5i
SCMC缺失模型
Tle6Null和FlopedNull小鼠品系
阅读提示:Methods: Mouse lines
DNA合成检测
EdU处理时间窗口、浓度(10 μM)
阅读提示:Methods: Measurement of DNA synthesis in embryos