胚胎发育和着床过程中O-岩藻糖化的特征及功能研究

O-fucosylation of proteins plays crucial roles in the regulation of protein funcyions.The study is a novel area. The reports related to O-fucosylation of proteins and embryo developments and implantation is rarely seen. The present study is a cross and characterictic study which links bioinformatics,glycobiology, reproductive biology and clinical reproductive medicine. The work includes prediction and confirmation of O-fucosylation target proteins related to embryo development and implantation,setup of new sensitive and specific method of O-fucosylation protein assay which will provide essential basis for future basic research and clinical applications;comparative analysis of two protein O-fucosylation transferases (POFUT1/2) and O-fucosylation proteins in differential developing stage embryo and various functional state uterine endometrium, analysis of the regulatory effects of implantation hormones, essential cytokines, and point mutation of the enzymes on the expression alterations of the enzymes and correlations with the implantion function; application of targeting glycoproteomics to get the expression profile of fucosylated proteins in order to acquire the important and differentially expressed implantation-related molecules. The project will propose and confirm the new theory,that is, O-fucosylation of proteins is closely related to embryo development and implantaton. The work will also supply the new strategies for the use of sugar as a target to interfere pregancy in clinical practice.

蛋白质O-岩藻糖化对蛋白质的功能起重要调节作用。该领域是糖生物学的一个新增长点。有关蛋白质O-岩藻糖化与胚胎发育和着床机制的报导极少。为生物信息学、糖生物学、生殖生物学和生殖医学交叉的特色研究。根据生物信息学预测O-岩藻糖化糖蛋白的种类并选择胚胎发育和着床中起关键作用的靶蛋白；建立灵敏特异的O-岩藻糖化糖蛋白检测方法，为后续研究及临床应用提供基础；对比性分析不同发育阶段胚胎和不同功能状态的子宫内膜中两种蛋白质O-岩藻糖基转移酶（POFUT1 /2）及O-岩藻糖化糖蛋白的表达水平和规律；观察着床激素、必需细胞因子及酶点突变对酶表达及胚胎着床功能的影响；利用靶向糖蛋白质组学方法获得O-岩藻糖化糖蛋白表达谱，发现差异性表达的重要着床分子进一步研究其性质及生殖功能。提出并验证O-岩藻糖基转移酶通过调控蛋白质O-岩藻糖化参与胚胎发育和着床的创新性观点。为以糖为靶点的临床避孕和助孕干预提供新思路。

胚胎着床是成功生殖的关键环节，需要发育成熟的胚胎和接收态的子宫内膜协同完成。激素、细胞因子等通过对母胎界面不同分子表达水平的调控，进而对胚胎发育和子宫内膜功能起关键作用。孕激素(P)是人类胚胎着床依赖激素，而白血病抑制因子（LIF）为着床所必须的细胞因子。糖基化是蛋白质翻译后加工修饰的重要步骤，影响蛋白质分子的理化性质、空间结构及生物学功能。着床糖生物学研究表明:母胎界面中多种糖蛋白（分泌性分子及膜表面受体和黏附分子等），通过其所连接的糖介导和参与了细胞间相互识别、黏附和启动信号转导等作用。目前发现：蛋白质O-岩藻糖化由两种酶poFUT1和poFUT2催化，在生殖中的作用报道极少。.通过多种databases预测，我们发现了88种O-岩藻糖化靶糖蛋白。利用临床样品、着床体外黏附系统及小鼠围着床期模型，分析了不同发育阶段、不同功能状态的子宫内膜及胚胎细胞和内膜细胞poFUT1/2及O-岩藻糖化糖蛋白的表达水平和规律；重点观察了P和LIF对酶表达及生殖功能的影响。分析了小鼠子宫内膜围着床期（D1-D7），poFUT1/ poFUT2的表达特征，发现于着床D4表达呈峰值，并延续高表达水平。另外，新发现了子宫内膜的蜕膜化及血管生成与poFUT1/ poFUT2及O-岩藻糖基化密切相关。研究显示：poFUT1 和LIF在正常早孕妇女绒毛和血清中的表达高于在先兆流产患者中的表达，通过基因转染上调或下调poFUT1的表达可改变人原代组织及体外滋养层细胞的迁移及侵袭能力。LIF通过激活PI3K/Akt信号通路上调滋养层细胞中poFUT1的表达，进而促进胚胎的迁移及侵袭。研究还发现：poFUT1在绒毛组织中的表达及血清中的表达与孕激素水平密切相关。孕激素促进JAR细胞poFUT1表达，其调控作用与诱导转录因子AP-1激活，并上调poFUT1表达水平，并促进JAR 细胞的增殖与黏附能力有关；孕激素受体拮抗剂米非司酮则抑制该过程。实验验证了课题提出的：通过O-岩藻糖基转移酶调控蛋白质O-岩藻糖化参与胚胎发育和着床的观点。研究建立了O-岩藻糖基化检测的方法学，为后续研究和临床应用建立了基础。课题是涉及糖生物学基础研究与生殖医学实践的交叉领域。研究成果有助于深入探讨蛋白质糖基化在生殖中的作用机制，并为糖为靶点的生殖疾病诊断、生殖功能干预及治疗提供新思路和手段。