女性一生中只能生產幾百個卵子,這些寶貴卵子中的遺傳學損傷當然是越少越好。日前,Carnegie科學研究所的Alex Bortvin和博后Safia Malki深入解析了胚胎發育時期的卵子篩選過程,轉座子在這一過程中扮演了重要的角色。這項研究提前發表在Developmental Cell雜志的網站上。
胎兒發育時期的卵子篩選是最為嚴格的,女嬰在出生之前就會失去其未成熟卵子的80%。類似的現象廣泛存在于靈長類、鼠類和一些脊椎動物,說明卵子篩選已經在進化進化史中存在了很長一段時間。盡管這種機制很古老,但人們一直不明白卵子篩選是如何進行的。
Bortvin的研究團隊發現,胎兒時期的卵子死亡與被稱為“跳躍基因”的轉座子元件有關。隨著卵子的發育,轉座子逐漸獲得了移動能力,在卵子的DNA之中跳來跳去,形成新的突變。研究顯示,一種名為LINE1的轉座子元件最容易在哺乳動物的卵子中激活。
跳躍基因對于**和卵子的破壞性特別大,因為**和卵子中的許多遺傳物質都是健康發育所必需的。此前的研究顯示,雄性動物的精細胞會抑制轉座子的移動,將突變降到最低,以保證高水平的**生產。然而Bortvin和Malki發現,雌性小鼠允許轉座子移動,但在雌性小鼠出生之前,突變最多的卵子就會被去除。研究團隊指出,在這種大清洗之后,生存下來的都是突變相對較少的卵子。
研究顯示,未成熟卵子的大清洗必須保持一個微妙的平衡。這一過程太嚴格會導致過多卵子被清除,生存下來的卵子太少,進而影響生育能力。若是篩選不夠嚴格,又會允許含有大量錯誤的卵子存活,提高后代出現出生缺陷的幾率(例如染色體數異常)。
“我們發現,新生女嬰的卵巢中就已經含有優質卵子和有缺陷的卵子(導致唐氏綜合癥或流產),”Bortvin說。“優質卵子先排卵,異常卵子往往較晚排出。”
研究人員還發現,能抑制HIV增殖的藥物AZT,也能改變未成熟卵子中的跳躍基因活性。這種藥物對LINE1轉座子特別有效。這說明藥物治療可以提高未成熟卵子的數量和質量。
未成熟卵子雖然遭遇了大清洗,但塞翁失馬焉知非福。跳躍基因雖然具有破壞力,但它們引發的突變也會成為進化的動力,令物種更加適應多變的環境。雌性哺乳動物通過控制轉座子引入的突變,為自己的后代提供了最佳的生存機會,幫助它們面對這個充滿危險和未知性的世界。
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