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Nature首发性成果:人类卵细胞是如何在卵巢中休眠长达50年而不丧失生殖能力的

   

Absence of reactive oxygen species shown in oocytes

    

人类卵泡的活细胞成像,活性氧的活性显示为红色,研究人员在颗粒细胞中观察到ROS活性,但在卵母细胞中几乎没有。     


根据研究人员今天发表在Nature杂志上的一项研究,不成熟的人类卵细胞跳过了一种被认为对产生能量至关重要的基本代谢反应。

通过改变它们的代谢活动,细胞避免产生活性氧,这是一种有害分子,可以积累,破坏DNA和导致细胞死亡。这一发现解释了人类卵细胞是如何在卵巢中休眠长达50年而不丧失生殖能力的。

“人类一生中所有的卵细胞都是与生俱来的。由于人类也是最长寿的陆生哺乳动物,卵细胞必须保持原始状态,同时避免几十年的磨损。我们证明这个问题可以通过跳过基本的代谢反应来解决,这也是细胞损伤的主要来源。作为一种长期的维护策略,它就像把电池置于待机模式。这代表了一种在动物细胞中从未见过的全新范式,”CRG博士后研究员、该研究的第一作者Aida Rodriguez博士说。

人类的卵子首先在胎儿发育期间在卵巢中形成,经历不同的成熟阶段。在这一过程的早期阶段,不成熟的卵细胞(即卵母细胞)被置于细胞阻滞状态,在卵巢中休眠长达50年之久。和所有其他真核细胞一样,卵母细胞也有线粒体,即细胞的电池,它们在休眠期间利用线粒体产生能量以满足自身的需要。

通过结合实时成像、蛋白质组学和生物化学技术,研究作者发现,人类和非洲爪蟾蜍卵母细胞利用替代代谢途径产生能量,这在其他动物细胞类型中从未见过。

一种被称为complex I的复杂蛋白质和酶是通常的“看门人”,它在线粒体中启动产生能量所需的反应。这种蛋白质具有基础功能,在构成从酵母到蓝鲸等生物的细胞中起作用。然而,研究人员发现,complex I在卵母细胞中几乎不存在。另外一种已知的在complex I水平下降的情况下存活下来的细胞是所有组成寄生植物的细胞。

作者表示,该研究解释了为什么一些患有与complex I相关的线粒体疾病(如莱伯氏遗传性视神经病变)的女性,与患有其他线粒体呼吸复合体疾病的女性相比,生育能力不会下降。

这一发现还可能导致新的策略,帮助保存接受癌症治疗的患者的卵巢储备。“complex I抑制剂曾被认为是一种癌症治疗方法。如果这些抑制剂在未来的研究中显示出希望,它们可能在不影响卵母细胞的情况下靶向癌细胞,”Elvan Böke博士解释道。

卵母细胞与其他类型的细胞有很大的不同,因为它们必须平衡寿命和功能。研究人员计划继续进行这方面的研究,希望发现在没有complex I的情况下,卵母细胞在长时间休眠期间使用的能量来源,其目的之一是了解营养对女性生育能力的影响。

“四分之一的女性不孕症原因不明,这表明我们对女性生殖的认识存在巨大差距。我们的目标是发现卵母细胞保持健康多年的策略(如缺乏complex I),以便找出这些策略最终在老年时失败的原因。”Elvan Böke博士总结道。

文章标题

Oocytes maintain ROS-free mitochondrial metabolism by suppressing complex I


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