卵巢中寿命极长的蛋白质可以使哺乳动物卵细胞保持健康并长期保持生育能力。
雌性哺乳动物出生时卵巢中就含有所有卵细胞。因此，其中一些细胞可以存活很长时间，并且必须在此期间保持功能。现在对小鼠的实验表明：卵巢中寿命极长的蛋白质可以使卵细胞保持健康并长期保留生育能力。在此显示的小鼠卵细胞中，染色体被染成洋红色，细胞骨架蛋白肌动蛋白被染成蓝色和白色。图片来源：Melina Schuh / 马克斯·普朗克多学科科学研究所
马克斯·普朗克研究人员发现，卵巢中寿命极长的蛋白质可以使哺乳动物卵细胞保持健康并长期保持生育能力。
雌性哺乳动物——包括人类——出生时就带有所有的卵细胞。雌性一到两百万个卵细胞中，约有 400 个在绝经前成熟并可以受精。因此，一些卵细胞可以存活数十年，并且需要在这么长的时间内保持功能。来自哥廷根（德国）的研究小组在小鼠实验中发现，卵巢中寿命极长的蛋白质似乎在其中发挥着重要作用。这些长寿蛋白质似乎有助于尽可能长时间地维持生育能力。
关于雌性生育能力的新发现：小鼠的卵巢和卵细胞含有极长寿的蛋白质。
与年龄相关的有害蛋白质聚集在卵细胞中发生的频率低于其他组织（例如大脑）。
长寿蛋白质从卵巢和卵细胞中逐渐消失可以解释为什么生育能力随着年龄的增长而下降。
雌性生育能力和卵细胞寿命
马克斯·普朗克多学科科学研究所 (MPI) 所长梅琳娜·舒 (Melina Schuh) 解释说：“卵细胞需要在雌性的整个生育过程中得到保存，这样它们才能发育成健康的胚胎。”即使在只能繁殖一年多的小鼠中，卵细胞的寿命也比蛋白质的平均寿命长得多。活细胞在短短几天内回收大部分蛋白质。然而，根据细胞类型和功能，并非所有蛋白质都以相同的速率降解。
Schuh 的团队与团队负责人 Juliane Liepe 和 Henning Urlaub 领导的团队合作，定量研究了长寿蛋白在卵巢中出现的频率。在他们的实验中，研究人员将各种生化和分子方法与数学模型结合起来。 “这种多学科方法使我们能够观察生命不同阶段的小鼠卵巢和卵母细胞中的蛋白质，以确定蛋白质的年龄，”马克斯·普朗克研究小组组长 Liepe 说。科学家们还通过记录近 8,900 种蛋白质的卵巢蛋白质库存，分析了蛋白质丰度如何随时间变化。
长寿命蛋白质的稳定性和功能
结果：卵巢含有极高数量的长寿蛋白质——比其他组织还要多，甚至比大脑还要多。这些稳定的蛋白质不仅存在于卵子本身中，而且还存在于卵巢的其他体细胞中。
“许多长寿蛋白质都具有保护功能，例如修复 DNA 或保护细胞免受损伤，”MPI 和哥廷根大学医学中心的小组组长 Urlaub 解释道。这些分子折叠助手（称为伴侣）可防止错误折叠的蛋白质聚集和破坏细胞过程。哥廷根科学家的实验表明，伴侣分子在卵巢中极其稳定，并且比在大脑中更长时间地防止聚集。同样，卵细胞的动力源——线粒体——含有特别稳定的蛋白质。由于线粒体从母亲传给后代，因此这些细胞器保持健康至关重要。
保护性蛋白质随着年龄的增长而下降
“然而，卵巢和卵细胞中许多长寿蛋白质的浓度随着年龄的增长而降低。相反，与急性炎症或免疫反应相关的蛋白质会随着时间的推移而增加。”Schuh 报告道。这与之前的研究结果一致，即老年雌性的卵巢炎症反应更频繁。 “复杂的卵巢蛋白质网络发生了变化。卵巢和卵细胞中长寿蛋白质的逐渐消失可能解释了为什么雌性哺乳动物的生育能力在一定年龄后下降。”
参考文献：
“哺乳动物卵巢中卵母细胞的维持涉及极端的蛋白质寿命”，作者：Katarina Harasimov、Rebecca L. Gorry、Luisa M. Welp、Sarah Mae Penir、Yehor Horokhovskyi、Shiya Cheng、Katsuyoshi Takaoka、Alexandra Stützer、Ann-Sophie Frombach ，Ana Lisa Taylor Tavares、Monika Raabe、Sara Haag、Debojit Saha、Katharina Grewe、Vera Schipper、Silvio O. Rizzoli、Henning Urlaub、Juliane Liepe 和 Melina Schuh，2024 年 6 月 20 日，《自然细胞生物学》。
DOI：10.1038/s41556-024-01442-7
该研究由“多尺度生物成像：从分子机器到可兴奋细胞网络”（MBExC）卓越集群资助，Melina Schuh 和 Henning Urlaub 是该集群的成员。