image: 图1 R-loop和Aurora B在卵母细胞减数分裂成熟过程中的定位 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
近日，广州医科大学附属妇女儿童医疗中心优生围产研究所李卫、刘超团队联合中国科学院动物研究所高飞团队，华南理工大学张美佳团队在Science Bulletin发表了题为“Dynamic R-loops at centromeres ensure chromosome alignment during oocyte meiotic divisions in mice”的研究论文，揭示了着丝粒R-loop稳态在卵母细胞减数分裂过程中的重要功能，并阐明了其调控卵母细胞纺锤体组装和染色体排列的作用机制。
该研究发现在小鼠卵母细胞减数分裂成熟过程中，R-loop及其稳态调控因子RNase H1均定位于卵母细胞着丝粒上，并且着丝粒R-loop和RNase H1在卵母细胞减数分裂成熟过程中呈现动态变化，在第一次减数分裂中期表达最高。这表明着丝粒处R-loop和RNase H1的动态变化可能在卵母细胞减数分裂成熟过程中发挥着重要的作用。在小鼠卵母细胞中特异敲除Rnaseh1可导致卵母细胞成熟障碍，表现为纺锤体组装异常和染色体排列紊乱，Rnaseh1敲除卵母细胞体外受精后早期胚胎发育失败，进而导致雌鼠不孕。
在卵母细胞成熟过程中，Aurora B激酶能够通过磷酸化动粒蛋白（如HEC1）调节动粒-微管连接的稳定性，Aurora B活性失调会导致纺锤体组装和染色体排列异常。RNase H1缺失和过表达都会引发着丝粒R-loop稳态失调，异常的着丝粒R-loop水平显著影响了Aurora B在着丝粒的招募与激活，导致其底物p-HEC1 S55水平的失调，进而导致纺锤体组装异常和染色体排列紊乱。
进一步研究发现，ATR-ATRIP复合体在着丝粒处的含量与R-loop稳态相关。ATR可以通过与ATRIP-RPA复合体互作而被招募到着丝粒，并通过磷酸化CHK1的Ser317和Ser345位点激活CHK1的催化活性。活化的CHK1则进一步促进Aurora B的磷酸化激活，继而影响动粒-微管连接。使用ATR、CHK1和Aurora B的抑制剂处理Rnaseh1敲除卵母细胞可以部分拯救着丝粒R-loop稳态失衡造成的减数分裂障碍。因此，R-loop通过调控着丝粒处ATR-CHK1-Aurora B通路促进纺锤体组装和染色体排列的有序进行。
上述结果表明R-loop对卵母细胞的纺锤体组装和染色体排列至关重要，该研究首次阐述了着丝粒R-loop稳态调控在卵母细胞减数分裂过程中的功能及作用机制。揭示了一条由R-loop驱动的RPA-ATRIP-ATR-CHK1-Aurora B信号通路，该通路促进了小鼠卵母细胞减数分裂成熟过程中的纺锤体组装和染色体排列。这项研究拓展了目前关于着丝粒R-loop生物学功能的理解，加深了人们对卵母细胞减数分裂成熟调控机制的认识，为临床卵母细胞成熟障碍疾病的诊治提供了新思路。
广州医科大学附属妇女儿童医疗中心优生围产研究所李卫教授，刘超研究员，中国科学院动物研究所高飞研究员，华南理工大学张美佳教授为本文的共同通讯作者。中国科学院动物研究所博士研究生陈映宏（已毕业），广州医科大学霍夫曼免疫研究所博士后王丽颖，广州医科大学硕士研究生周秋杏为共同第一作者。本工作获得国家自然基金委重点项目和国家杰出青年科学基金的大力支持。
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Science Bulletin