BMP15通过BMPR1B调控陕北白绒山羊卵泡颗粒细胞功能的分子机制

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陕北白绒山羊是利用辽宁绒山羊与陕北黑山羊杂交选育的绒肉兼用型优质绒山羊品种,具有产绒量高、绒质优、耐粗饲和抗逆性强等优点。众所周知,母羊产羔率等繁殖性状作为绒山羊的重要经济性状之一,直接影响了其生产效率和经济效益。因此,研究影响绒山羊母羊产羔率的生物学机制,对提高绒山羊的养殖收益具有重要实践价值,也在山羊繁殖性能调控机制等基础研究中具有重要理论意义。母羊的产羔率是由多基因调控的复杂过程,其中骨形态发生蛋白受体1B(bone morphogenetic protein receptor 1B,BMPR1B)基因作为影响山羊产羔性状的候选基因,在陕北白绒山羊卵泡发育过程中的表达规律,影响BMPR1B基因表达的调控因素,以及BMPR1B调控卵泡发育的生物学机制等方面尚不清楚。本研究以陕北白绒山羊卵巢、卵泡以及卵泡颗粒细胞为研究对象,克隆BMPR1B基因并做生物信息学分析和遗传学分析,应用免疫组织化学技术、实时荧光定量多聚核苷酸链式反应技术、蛋白质印迹技术、5-乙炔基-2’脱氧尿嘧啶核苷掺入技术、酶联免疫吸附剂测定技术、流式细胞术等研究了BMPR1B基因在陕北白绒山羊卵泡发育过程中的表达规律和影响其表达的调控因素;再通过包装慢病毒过表达BMPR1B、sh RNA干扰BMPR1B表达等方法,从颗粒细胞层面揭示了骨形态发生蛋白15(bone morphogenetic protein 15,BMP15)通过受体BMPR1B影响陕北白绒山羊颗粒细胞增殖、凋亡及类固醇激素合成、分泌的分子调控机制。获得的主要研究结果如下:1.克隆陕北白绒山羊BMPR1B基因并进行序列分析。以陕北白绒山羊卵巢总RNA反转录的c DNA为模板,克隆出BMPR1B基因CDS区,测序得到该基因全长1509 bp。蛋白跨膜区分析表明BMPR1B属于跨膜蛋白,包含TGFβ家族I型受体特有的丝氨酸/苏氨酸(Gly/Ser)激酶结构域。2.对BMPR1B基因在陕北白绒山羊生殖系统中的表达模式和特点进行分析。BMPR1B在陕北白绒山羊子宫、卵巢和输卵管中均有表达且存在差异,其中卵巢的相对表达量最高,其次是输卵管,在子宫中表达量最低。BMPR1B在各发育阶段的卵泡和黄体内均有表达,其丰度随着卵泡发育成熟逐渐升高,在黄体内略有下降但仍维持较高的表达水平。BMPR1B在卵泡颗粒细胞和卵母细胞内均有表达,在颗粒细胞中的表达显著高于卵母细胞。BMPR1B基因与产羔数密切相关,在多羔母羊卵巢组织中的表达量显著高于单羔母羊。3.从细胞水平分析了BMP15对BMPR1B的调控作用。通过向体外培养的陕北白绒山羊卵泡颗粒细胞添加外源BMP15,证实BMP15可调控其I型受体BMPR1B和II型受体BMPR2的表达,并通过抑制BMPR1B基因的负调控mi RNA,mi R-125b的表达来上调BMPR1B基因的表达水平。4.研究证明BMP15通过受体BMPR1B激活MAPK通路调控山羊卵泡颗粒细胞增殖和凋亡。BMP15通过BMPR1B使得下游MAPK信号通路中ERKs磷酸化水平升高,激活MAPK ERK信号通路,上调细胞周期蛋白Cyclin E和周期蛋白依赖性激酶CDK2的表达,增加处于细胞周期S期细胞的比例,促进卵泡颗粒细胞的增殖;上调抑凋亡基因Bcl2的表达并下调促凋亡基因Bax和凋亡关键基因Caspase-3的表达,阻断细胞的凋亡途径,抑制颗粒细胞凋亡。5.研究证明BMP15通过受体BMPR1B激活Smad通路调控山羊卵泡颗粒细胞类固醇激素合成及分泌。BMP15通过BMPR1B使得下游Smad信号通路中Smad1/5/8蛋白磷酸化水平和Smad4蛋白表达水平升高,激活Smad信号通路,上调FSHR的表达水平,进而诱导类固醇激素合成相关基因St AR、CYP11A1和CYP19A1的表达,促进卵泡颗粒细胞E2、P4的合成和分泌。综上所述,本研究通过研究体外培养的山羊颗粒细胞,构建了BMP15通过BMPR1B对颗粒细胞增殖、凋亡及类固醇激素分泌的调控网络,揭示了BMP15通过受体BMPR1B调控绒山羊卵泡发育及闭锁的分子机制,为深入研究提高山羊繁殖力提供了新的实验依据,为提高陕北白绒山羊的繁殖性能提供理论和技术指导。
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