利用nanog突变体模型研究翻译沉默在鱼类卵细胞成熟过程中的作用

The precise plan of storage and spatial distribution of specific maternal factors in the oocyte determine the egg quality and early development competence, a large number of maternal RNAs deposited in oocyte are translational repressed in the process of oocyte maturation, and activated after fertilized, support early embryonic development. It is rarely reported the role of translation repression during oogenesis and egg quality determination in fish for lacking of adequate models. Nanog is an important maternal gene of regulating the early development of zebrafish embryo. We have found that the level of translational and posttranslational machineries in nanog-deficiency oocyte were significantly up-regulated, based on these results, this proposed project will utilize the zebrafish nanog mutants, by using a combination of omics and experimental approaches, to study the role of translation repression in fish oocyte maturation, and the possible molecular mechanism of Nanog inhibiting the translation of maternal RNAs, to provide a new evaluation standard for egg quality determination in aquaculture.

母源物质在卵子中的有序囤积决定了卵子的质量和胚胎的早期发育能力，囤积在卵细胞中的大量母源mRNA在卵细胞的成熟过程中处于翻译沉默状态，受精后翻译才被激活，以支持胚胎的早期发育。然而，由于缺乏合适的研究模型，少有研究涉及翻译沉默对鱼类卵细胞的成熟和卵子质量的影响。Nanog是调控斑马鱼胚胎早期发育的重要的母源基因。在前期的研究中，我们发现nanog突变体中卵细胞的整体翻译水平及翻译机器相关因子的表达水平都发生了显著上调，且翻译过度激活是nanog突变卵子受精后发育缺陷的重要原因，显示Nanog在鱼类卵子成熟过程中扮演了抑制母源mRNA翻译的作用。本申报项目拟在此基础上，利用组学分析结合实验生物学的手段，以nanog突变体为研究模型，探讨翻译沉默在鱼类卵细胞成熟中的作用，以及Nanog抑制母源mRNA翻译的可能的分子机制，为鱼类卵质决定研究提供新的认识。

卵细胞中储存的大量的母源mRNA在时间和空间上有序的翻译激活或翻译沉默决定了卵细胞的发育、成熟和早期胚胎的发育，也是决定卵子质量的关键。其中大部分的mRNA在卵子发育和成熟过程中处于翻译抑制状态，其翻译沉默对卵细胞的正常发育和成熟至关重要。通过对斑马鱼nanog基因的母源突变体进行功能分析，我们发现全能性因子Nanog在全局性水平上抑制卵母细胞成熟过程中母源mRNA的翻译。缺失nanog的卵子表现出严重的卵质缺陷。通过蛋白质组和转录组联合分析，我们发现nanog突变体的卵子中与翻译相关的蛋白的翻译水平和转录水平均显著上调，其中Nanog可通过转录抑制翻译延伸因子eef1a1b的表达。母源nanog缺失导致卵子中内质网应激、未折叠蛋白反应水平均显著升高，胚胎中的整体翻译水平也显著上调。利用抑制剂抑制翻译或者内质网应激水平均能明显拯救突变体的卵质缺陷。在nanog突变体中共敲除eef1a1b后，能够显著拯救nanog突变体卵子中翻译水平的过度激活和卵质缺陷。这些结果说明在卵母细胞成熟过程中母源Nanog通过抑制翻译延伸因子eef1a1b的转录在全局水平调控母源mRNA的翻译激活，Nanog也将有可能成为卵质评估的新因子。