DDX3通过卵子发生中的翻译控制对女性生育力至关重要

DDX3 is critical for female fertility via translational control in oogenesis.

作者信息Shang-Yu Tsai, Chih-Hung Lin, Yu-Ting Jiang, Guo-Jen Huang, Haiwei Pi, Hsin-Yuan Hung, Woan-Yuh Tarn, Ming-Chih Lai
PMID39551844
发布时间2024-11-17
DOI10.1038/s41420-024-02242-6

实验完整度

包含果蝇突变体和条件性敲除小鼠两个独立证据层级,并进行了凋亡检测、靶基因鉴定及翻译调控验证。

主要模型

果蝇bel突变体(belneo30/bel6) 小鼠卵母细胞特异性Ddx3x敲除模型(Ddx3xloxP/loxP; Zp3-Cre) HeLa细胞 293T细胞

重点核对

果蝇bel突变体组合(belneo30/bel6) 小鼠卵母细胞特异性敲除基因型(Ddx3xloxP/loxP; Zp3-Cre) shRNA序列(shDDX3-1和shDDX3-2) 5' UTR报告基因构建 生育力测试的配种方案

摘要

DEAD-box RNA解旋酶3(DDX3)及其同源物通过解开特定mRNA的二级结构在翻译起始中发挥重要作用。人类DDX3基因位于性染色体上,因此有DDX3X和DDX3Y。DDX3X在几乎所有组织中普遍表达,对胚胎发育至关重要,而DDX3Y仅在睾丸中表达,对男性生育力至关重要。果蝇belle(bel)是DDX3的唯一直系同源物,bel突变导致雄性和雌性不育。利用果蝇bel突变体和Ddx3x条件性敲除(cKO)小鼠,我们证实了DDX3在女性生育力和卵巢发育中的关键作用。果蝇bel突变体表现出雌性不育和未成熟的卵室。一致地,小鼠卵母细胞特异性Ddx3x敲除导致雌性不育和卵子发生受损。我们进一步发现,果蝇bel突变体中未成熟的卵室和卵母细胞特异性Ddx3x cKO小鼠中受损的卵泡发育是由过度凋亡引起的。我们还鉴定了一组参与卵母细胞减数分裂和成熟的DDX3靶基因,并证明DDX3参与它们在人类细胞中的翻译。我们的结果表明,DDX3通过卵子发生中的翻译控制对女性生育力至关重要。

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
DDX3是否通过翻译控制调控卵子发生,进而影响女性生育力?
核心机制
DDX3通过解析特定靶mRNA的5' UTR二级结构促进其翻译,调控卵母细胞减数分裂和成熟相关基因的表达,其缺失导致卵泡细胞过度凋亡,从而损害卵巢发育和生育力。
主要证据
果蝇bel突变体雌性不育且卵室未成熟,小鼠卵母细胞特异性Ddx3x敲除导致不育和卵泡发育受损,两者均伴有过度凋亡;在HeLa和293T细胞中敲低DDX3降低多种卵子发生相关基因的蛋白水平和翻译效率,双荧光素酶报告实验证实5' UTR介导的翻译调控。
研究意义
该研究揭示了DDX3在女性生育力中的关键作用,为理解卵子发生的翻译调控机制提供了依据,并可能为相关不孕症的机制研究提供方向。

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

果蝇突变体表型分析

验证DDX3同源物bel对雌性生育力和卵巢发育的影响

使用belneo30/bel6突变体,通过Western blot确认蛋白表达降低,进行产卵和生育力测试,测量卵巢大小。

2

果蝇卵巢凋亡检测

探究bel突变体不育是否由凋亡引起

对果蝇卵巢进行DAPI染色、免疫荧光(cDcp-1)和TUNEL染色,观察凋亡情况。

3

小鼠卵母细胞特异性敲除模型建立与验证

条件性敲除小鼠卵母细胞中的Ddx3x,研究其在卵子发生中的功能

通过CRISPR/Cas9构建loxP-flanked Ddx3x小鼠,与Zp3-Cre转基因小鼠交配,获得卵母细胞特异性敲除小鼠,并通过PCR基因型鉴定。

4

小鼠生育力和卵巢表型分析

评估卵母细胞特异性Ddx3x敲除对小鼠生育力和卵泡发育的影响

进行生育力测试,测量子宫指数,观察卵巢大小,进行H&E染色和卵泡计数。

5

小鼠卵巢凋亡检测

检查卵母细胞特异性Ddx3x敲除是否导致卵巢凋亡

对卵巢切片进行免疫组化(cleaved caspase 3)和TUNEL染色。

6

靶基因鉴定与通路富集分析

鉴定DDX3调控的与卵子发生相关的潜在靶基因

重新分析先前HeLa细胞中DDX3的翻译靶标,使用DAVID软件进行KEGG通路富集分析。

7

细胞模型中验证靶基因表达

验证DDX3敲低对靶基因蛋白和mRNA表达的影响

在HeLa细胞中敲低DDX3,通过Western blot和qPCR检测靶基因的蛋白和mRNA水平。

8

翻译效率分析

评估DDX3敲低对靶基因mRNA翻译效率的影响

在293T细胞中敲低DDX3,通过蔗糖梯度离心和多聚核糖体谱分析,结合qPCR计算翻译效率。

9

双荧光素酶报告实验验证翻译调控机制

验证DDX3通过5' UTR调控靶基因翻译

将靶基因5' UTR构建到火萤虫荧光素酶报告载体,与海肾荧光素酶报告共转染293T细胞,敲低DDX3后检测荧光素酶活性。

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
PVDF转印膜Millipore--
anti-DDX3抗体----
anti-α-tubulin抗体Santa Cruz Biotechnologysc-32293
anti-APC1抗体Cell Signaling#13329
anti-cyclin E1抗体Santa Cruz Biotechnologysc-247
anti-p38 MAPK抗体Cell Signaling#8690
anti-PP2A-B56-β抗体Santa Cruz Biotechnologysc-515676
anti-PP2Aβ抗体GeneTexGTX101690
anti-PKACα抗体GeneTexGTX104934
anti-FBXW11抗体GeneTexGTX33193
anti-Rac1抗体Millipore05-389
anti-GNAS抗体GeneTexGTX113200
Immobilon Western化学发光HRP底物Millipore--
ChemiDoc touch成像系统Bio-Rad--
ProLong Gold防淬灭封片剂(含DNA染料DAPI)InvitrogenP36935
cleaved Dcp-1抗体Cell Signaling#9578
倒置荧光显微镜ZeissAxio Observer A1
相机ZeissAxioCam MRm
一步法TUNEL原位凋亡检测试剂盒Elabscience--
C57BL/6 (C57BL/6JNarl)小鼠National Laboratory Animal Center--
Zp3-Cre (C57BL/6-Tg(Zp3-cre)93Knw/J)小鼠Jackson LaboratoryStock No. 003651
BOND抗原修复液1Leica--
小鼠的M.O.M封闭液Vector Laboratories--
anti-DDX3抗体Santa Cruz Biotechnologysc-365768
cleaved caspase 3抗体Cell Signaling#9661
Dako封片剂Agilent Technologies--
Olympus显微镜数码相机DP71OlympusDP71
DMEM培养基----
Lipofectamine® 2000转染试剂Thermo Fisher Scientific--
聚凝胺----
嘌呤霉素----
High-Capacity cDNA逆转录试剂盒Thermo Fisher Scientific--
StepOnePlus™实时荧光定量PCR仪Thermo Fisher Scientific--
Fast SYBR Green Master MixThermo Fisher Scientific--
RNA酶抑制剂Promega--
蛋白酶抑制剂混合物Thermo Fisher Scientific--
Beckman SW41转子Beckman--
pRL-SV40载体Promega--
双荧光素酶报告检测系统Promega--

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
果蝇生育力测试
突变体组合(belneo30/bel6),雌蝇数量和日龄,交配时间,产卵计数时间,后代孵化天数
阅读提示:见 'Drosophila fecundity and fertility tests' 和 Figure 1 legend
果蝇卵巢凋亡检测
卵巢固定时间,透化试剂和浓度,抗体稀释度,TUNEL步骤
阅读提示:见 'DAPI and immunofluorescence staining of Drosophila ovaries' 和 'TUNEL assay of Drosophila ovaries',以及 Figure 2 legend
小鼠模型构建
loxP位点位置,Cre小鼠品系,繁殖策略
阅读提示:见 'Generation of oocyte-specific Ddx3x cKO mice' 和 Figure 3 legend
小鼠生育力测试
雌鼠周龄,交配比例,交配时长,观察时间,重复次数
阅读提示:见 'Mouse fertility test' 和 Figure 4 legend
小鼠卵巢组织学分析
固定液和固定时间,切片厚度,染色方法(H&E,IHC,TUNEL)
阅读提示:见 'Immunohistochemistry staining' 和 'TUNEL assay of mouse ovarian sections',以及 Figure 4和5 legends
细胞敲低实验
细胞系,shRNA序列,MOI,polybrene浓度,筛选时间
阅读提示:见 'Lentivirus-mediated RNAi knockdown' 和 Figure 6 legend
翻译效率分析
细胞系,转导和敲低效率,蔗糖梯度,超速离心条件,翻译效率计算方法
阅读提示:见 'Sucrose gradient sedimentation and polysome profile analysis' 和 Figure 7 legend
双荧光素酶报告实验
载体构建,转染方法,内参选择,裂解和检测步骤
阅读提示:见 'Plasmid construction' 和 'In vivo translation assay',以及 Figure 8 legend