人卵泡体内及体外生长发育的基因表达谱及调控机制的研究

Women fertile preservation has been a focus in the field of basic biology and clinical medicine, and it has important significance and application foreground in elevating women healthy level, improving women life quality and maintance the society and family stabilization. The study of follicle growth and development are key to the development and application of women fertile preservation. In the present study, we will mainly study the transcriptome of human single oocyte and the DNA microarray of granular cells from follicles at every different developmental stage in the gene expression profiles point of view, and screen the key genes to explore the cooperation mechanism of oocyte and granular cells in the process of follicle growth and development. Furthermore by the gene expression profiling comparision between follicles seperated directly from ovary and those developed in vitro from preantral follicles, we will discuss the influence of extrinsic culture enviroment on the follicle growth and development, and analyze the dynamic expression profile of screened key genes, and establish the improvement system to human follicle growth and development in vitro, and try to obtain the matured oocytes from the follicles, and identify the biological function of these oocytes. The present study illuminates the molecular mechnism from the basic research point of view firstly, and moreover provides a theoretical instruction and new study idea for the application of follicles growth and development in vitro.

女性生育力保存目前逐渐成为生物医学领域的研究热点，在提高女性生殖健康，改善女性生活质量和维护家庭社会稳定方面具有重要的应用前景和重要意义，而卵泡体外生长发育是其中的关键环节。本研究主要从构建基因表达网络的角度，以研究人单一卵母细胞的转录组学为重点，同时辅助颗粒细胞DNA组学研究，从不同阶段发育的卵泡中，筛选发育关键基因，探索卵泡发育过程中卵母细胞与颗粒细胞的协同作用。进一步，通过比较卵巢内直接分离的卵泡与体外生长所得卵泡的基因表达谱的差异，明确体外环境在基因水平上对卵泡生长发育的潜在影响，分析关键基因在体内体外环境中的表达变化，利用基因修饰技术初步建立改善人卵泡体外发育潜能平台，力求获得成熟卵母细胞，并检测其生物学功能。本研究在从基础研究角度了解卵泡发育分子机制的同时，也为后续的体外卵泡发育平台的应用提供了理论指导和新的研究思路。

本项目以人卵泡发育过程中调控卵母细胞减数分裂和颗粒细胞增殖分化的关键机制为研究重点，分别针对胚胎期雌性生殖细胞发育和成人期雌性生殖细胞发育事件开展了基因组、转录组和甲基化组的单细胞组学研究，在基因表达水平、DNA甲基化水平和染色质开放状态等方面建立原始生殖细胞、卵母细胞及颗粒细胞的较为完整的信号调控网络，筛选了与减数分裂、细胞周期调控等相关的重要信号通路，并在蛋白水平验证了TRAIP、SOX15等分子功能。在此过程中，不断研发改进单细胞测序技术并成功应用于临床，创建了“MARSALA 三重确认”植入前胚胎诊断新技术，实现同时诊断单基因和染色体遗传病的技术突破，使诊断准确性提高、成本锐降、适应证扩大。此外，利用上述研究结果，利用bFGF和间充质干细胞进一步改良卵泡及卵母细胞体外培养体系，比对体外发育成熟卵泡与体内成熟卵泡的基因表达差异，揭示体外培养通过改变Sirt3基因影响卵母细胞代谢等生物学过程，进而改良了卵母细胞冷冻方法，发明了L脯氨酸新型冷冻保护液。总之，课题组全面地揭示了人类原始生殖细胞和卵泡细胞在多个关键发育阶段的基因表达的调控关系及关键的DNA甲基化组重编程过程，并从方法学上优化了人类雌性生殖细胞体外培养体系和胚胎遗传学诊断技术，研究成果发表在Cell，Nature，Nature Genetics等期刊，并多次受邀在国际会议上做专题报告。国际权威专家认为这是第一项关于人类早期生殖细胞体内发育机制的系统研究，有助于更好的认识人类自身发育过程的基因表达及表观遗传学调控机制。本项目按计划完成研究任务，达到预期目标。