BCAS2在小鼠早期胚胎发育过程中的生理功能及分子作用机制

人类早期胚胎发育的异常经常导致女性妊娠终止和婴儿出生缺陷，目前有关人类早期胚胎发育异常的分子机制仍不清楚，主要原因是人类对哺乳动物早期胚胎发育的分子机制认识有限。Pre-mRNA剪接和维持DAN稳定等多种信号途径可能参与早期胚胎发育。BCAS2是生物中保守CDC5L/Prp19 蛋白复合物的核心组分之一，可能参与Pre-mRNA 剪接和细胞凋亡等多种信号途径；而CDC5L/Prp19 复合物中的其他核心组分基因敲除小鼠研究表明该复合体参与调控小鼠早期胚胎发育。目前有关BCAS2的功能，特别是它在哺乳动物整体水平的功能仍然不清楚。本研究利用条件性基因敲除小鼠技术研究BCAS2在哺乳动物早期胚胎发育过程中的功能及分子机制，不仅可以增加早期胚胎发育分子机制的理解，同时相关的研究成果还可为人类健康和探索新的避孕途径等提供坚实的理论基础。

哺乳动物早期胚胎发育过程中，雌雄配子积累的DNA损伤、受精后DNA复制以及DNA去甲基化等诸多因素都可能导致基因组不稳定，而基因组的不稳定能使得胚胎发育异常，严重情况下将导致胚胎发育停滞并终止妊娠。在基因转录沉默的早期胚胎中，母源DNA损伤修复信号通路被认定为在哺乳动物早期胚胎中具有重要功能，但缺少重要的遗传学证据。尽管DNA损伤修复机制在细胞系中取得了重要研究成果，但哺乳动物着床前胚胎中的DNA损伤修复途径如何发挥功能仍然不清楚。哺乳动物功能未知基因Bcas2（Breast carcinoma amplified sequence 2）编码的蛋白为多功能复合体PRP19中的核心组件之一。已知BCAS2及其参与的PRP19复合体不仅参与mRNA前体剪接，同时参与RPA介导的DNA损伤修复等多种途径。目前BCAS2在哺乳动物中的生理功能尚不清楚。.本研究中，我们发现在小鼠受精卵中BCAS2能够响应内源和外源DNA损伤。考虑到DNA损伤修复在早期胚胎中潜在的重要功能，我们建立了Bcas2基因的敲除小鼠。使用Zp3-Cre在卵母细胞中特异性敲除Bcas2，雌性小鼠能够正常生长，其卵巢发育和排卵并未受到影响，但无法产生后代。进一步检测发现，缺失母源BCAS2的早期胚胎不能有效修复DNA损伤，导致大量损伤DNA堆积，不能修复的DNA损伤激活p53、CHK1路径，影响2-细胞阶段合子基因组激活，导致大部分胚胎发育停滞在2-到4-细胞阶段，且在4-细胞及后期的胚胎中微核明显增多。BCAS2参与受精卵阶段的DNA损伤修复。缺失母源BCAS2的受精卵中DNA损伤不能有效修复，DNA复制效率低，且不能有效从羟基脲诱导的复制压力中恢复。进一步研究发现，在存在复制压力的情况下，缺失母源BCAS2的受精卵中，磷酸化的RPA2无法被募集到DNA损伤位点。此外，抑制RPA结合DNA的药物及RPA功能性突变体都能够模拟BCAS2母源缺失胚胎中DNA损伤的表型。我们的研究表明，BCAS2作为一个新的哺乳动物母源调控因子，能够通过与RPA相互作用参与DNA修复，对小鼠着床前胚胎基因组稳定性的维持具有重要意义。相关研究成果明显促进了哺乳动物早期胚胎发育分子机制的认识。