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不同发育潜能小鼠GV期卵母细胞转录组比较及糖尿病对卵母细胞转录组影响

作　者: 马俊宇
导　师: 孙青原
学　校: 东北农业大学
专　业: 生物化学与分子生物学
关键词: 小鼠卵母细胞转录组糖尿病 SN NSN
分类号: Q954.4
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

哺乳动物卵母细胞的转录活动沉默于减数分裂重新启动前的生发泡时期。转录沉默后,卵母细胞的基因组经历之后的第一次和第二次减数分裂,受精和早期胚胎的卵裂,才重新恢复转录活性。在这一过程中,卵母细胞和早期胚胎的主要细胞代谢和生命活动,都依赖于卵母细胞终止转录前所积累的物质,包括信使RNA、蛋白质、能量物质以及其它小分子。在卵母细胞成熟的过程中,颗粒细胞对卵子的代谢等生物过程有一定的调控作用。但去除颗粒细胞,将卵母细胞培养在体外,卵母细胞也可以完成减数分裂。由此成熟的卵母细胞可以被激活(通过孤雌激活或体外受精等方式)并进行早期胚胎的卵裂。说明对卵母细胞以及早期胚胎卵裂具有重要作用的物质和信息已经全部存储于卵母细胞之中。转录组学是一种对细胞内所有信使RNA的定性和定量的分析。定性是指对细胞内所有信使RNA的序列进行分析。定量是指对某一种信使RNA的拷贝数进行相对的定量分析。因此检测生发泡期卵母细胞的转录组,不仅可以获得卵母细胞所积累的转录组学信息,还可以了解和筛选在生发泡期哪些基因影响后续的减数分裂,受精和早期卵裂的过程。成年小鼠的可以重启减数分裂的生发泡期卵母细胞主要分为两类：NSN期,无Hoechst染色阳性DNA形成包绕核仁的环形状态时期；和SN期,Hoechst染色阳性DNA形成包绕核仁的环形状态时期。NSN时期的卵母细胞减数分裂重启的能力较SN时期卵母细胞的能力为弱。而且NSN期卵母细胞成熟和受精后,形成的胚胎无法突破2-细胞阻滞。因此对NSN期和SN期小鼠卵母细胞的转录组的比较和分析,有助于人们对减数分裂机制和早期卵裂机制的了解和研究。随着人类饮食习惯的改变和环境的变化,糖尿病已经逐渐成为现代社会发生率较高的疾病。而这种疾病对于人类生殖细胞尤其是卵母细胞的影响,尚未形成比较系统的认识。卵母细胞不直接吸收外界的葡萄糖。卵母细胞对能量物质吸收主要是借助于颗粒细胞。颗粒细胞、通过葡萄糖转运蛋白吸收葡萄糖。颗粒细胞吸收的葡萄糖通过颗粒细胞与卵母细胞之间的缝隙连接进入卵母细胞,并被卵母细胞利用。除此之外,卵母细胞还可以从颗粒细胞中得到丙酮酸和果糖等物质。当卵母细胞发育到MⅡ期并从卵巢中排出到输卵管后,卵母细胞对颗粒细胞的依赖逐渐解除。本研究分别比较了NSN卵母细胞与SN卵母细胞的转录组,和正常MⅡ期卵母细胞与一型糖尿病小鼠的MⅡ卵母细胞的转录组。从而得到以下结果：(1)NSN期和SN期卵母细胞差异表达的基因。通过NSN期卵母细胞与SN期卵母细胞的转录组数据,我们筛选出627个在SN卵母细胞中上调和332个在SN卵母细胞中下调的基因。首先,我们发现NSN卵母细胞和SN卵母细胞的代谢方式是不相同的。在磷酸肌醇信号传导途径中,SN卵母细胞趋向于产生二酰甘油,而NSN卵母细胞趋向于产生磷酸肌醇三磷酸。对于能量代谢,NSN卵母细胞和SN卵母细胞的糖异生和合成代谢也是有所区别的。其次,我们还发现NSN卵母细胞与SN卵母细胞中关于植入前胚胎发育的基因也出现明显的表达差异。(2)正常MⅡ期卵母细胞与一型糖尿病小鼠的MⅡ卵母细胞差异表达的基因。首先,我们构建并获得了两种糖尿病小鼠的模型,分别是STZ药物诱导的糖尿病小鼠和NOD遗传性自发的糖尿病小鼠。通过糖尿病小鼠MⅡ期卵母细胞的转录组测序,我们筛选出535个在两种糖尿病模型小鼠中共同上调的基因,83个共同下调的基因。我们发现在糖尿病小鼠的卵母细胞中,不仅与排卵和胚胎发育相关的基因发生表达变化,与DNA甲基化相关的基因如Dnmt1和Mbd3等也都显著的下调或者上调。除此之外,本研究还逐步建立了分析与卵母细胞相关的高通量数据的平台。

全文目录

摘要  8-10
英文摘要  10-12
1 引言  12-20
  1.1 小鼠卵母细胞的成熟与母源因子  13-18
    1.1.1 卵母细胞的减数分裂重启  13-15
    1.1.2 卵母细胞与母源因子  15-17
    1.1.3 糖尿病对小鼠卵母细胞的影响  17-18
  1.2 高通量测序技术在生殖领域的应用  18-20
2 材料与方法  20-30
  2.1 材料  20-21
    2.1.1 实验动物  20
    2.1.2 实验所用试剂与仪器  20-21
  2.2 试验方法  21-22
    2.2.1 卵母细胞的获得  21-22
  2.3 卵母细胞转录组的提取和扩增  22-27
    2.3.1 实验方案  22
    2.3.2 实验方法  22-27
  2.4 卵母细胞转录组cDNA产物的高通量测序以及初步分析  27
  2.5 转录组数据的分析方法  27-30
    2.5.1 转录组数据的评估  27-30
3 结果与分析  30-37
  3.1 转录组数据的总括与评估  30-33
    3.1.1 数据的总括  30-31
    3.1.2 数据的评估  31-33
  3.2 糖尿病组小鼠卵母细胞的差异表达基因与功能富集分析  33-34
    3.2.1 STZ组与NOD组共同的差异表达基因  33
    3.2.2 KEGG途径分析糖尿病小鼠卵母细胞的差异表达基因  33-34
    3.2.3 互作组分析糖尿病小鼠卵母细胞的差异表达基因  34
  3.3 SN组小鼠卵母细胞对应于NSN组卵母细胞的差异表达基因  34-37
    3.3.1 SN卵母细胞相对于NSN卵母细胞的差异表达基因  34
    3.3.2 NSN与SN差异表达基因的KEGG途径分析  34-35
    3.3.3 SN卵母细胞差异表达基因的互作组分析  35-37
4 讨论  37-41
  4.1 一型糖尿病对小鼠卵母细胞的影响  37-38
  4.2 卵母细胞由NSN期过度到SN期的生物学意义  38-41
5 结论  41-42
致谢  42-43
参考文献  43-48
附录  48-66
攻读博士学位期间发表的学术论文  66

不同发育潜能小鼠GV期卵母细胞转录组比较及糖尿病对卵母细胞转录组影响

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