了解卵母细胞成熟的机制对于生殖生物学和医学来说是必不可少的。从生发囊泡(GV)阶段开始直到早期胚胎的合子激活，卵母细胞降低其全基因组转录活性，依靠翻译调控来控制基因表达。近年来的单细胞多组学和干细胞体外分化研究为揭示人类卵母细胞基因表达开辟了新的途径。然而，受限于目前质谱蛋白质组学的局限性，这些研究主要集中在基因的转录表达水平，并不能真实地反应卵子成熟过程中的翻译表达水平或蛋白表达水平。
2022年8月30，清华大学医学院纪家葵课题组、中山大学附属第六医院生殖中心梁晓燕课题组及国内多家生殖中心团队合作，以“Single-cell transcriptome and translatome dual-omics reveals potential mechanisms of human oocyte maturation”为题在线发表于Nature communications，该研究团队开发出的适用于单个卵母细胞且不需要任何纯化标签的转录-翻译双组学测序技术(T&T-seq)，可同时检测单个卵母细胞样本中的总mRNA及正在翻译的mRNA，并以此揭示了小鼠和人卵母细胞之间不同的翻译表达模式，描述了人类卵母细胞成熟过程中从细胞质到细胞核的序列基因表达调控。此外，该研究发现OOSP2分泌蛋白对卵子的体外成熟具有促进作用，为临床辅助生殖技术提供新的技术手段。
图1 T&T-seq原理示意图
研究材料
人GV卵母细胞、MII卵母细胞、桑葚胚；小鼠GV卵母细胞、MII卵母细胞
技术路线
- 描绘人类卵母细胞成熟过程中的转录组和翻译组图谱；
- 探究高翻译的基因共有的翻译调节元件；
- 探究人类与小鼠卵母细胞的独特翻译基因；
- 探究OOSP2蛋白对卵母细胞成熟的调控作用；
- 描绘人类卵母细胞成熟过程中的转录组和翻译组图谱
图2 GV和MII人类卵母细胞的不同转录组和翻译组表达情况
2. 探究高翻译的基因共有的翻译调节元件
先前对小鼠的研究表明，卵母细胞成熟过程中的高翻译表达是由RNA结合蛋白（RBP）与3'UTR结合的翻译调节元件所调节。然而，由于缺乏翻译组数据集，目前尚未报道人类卵母细胞中的RBP基序。因此，研究者筛选了人类GV和MII卵母细胞中高翻译效率[ TE（>1）] 基因的3' UTR，以确定潜在的RBP位点，并研究RBP作为潜在的翻译调控因子。研究人员筛选出了高TE MII基因中的RBP结合基序，分别为FXR1、PCBP1、DDX3X、CPEB2和CPEB4 的结合基序。此外，研究者鉴定出与卵母细胞成熟相关的GO聚类中的高 TE基因，例如“染色体分离”、“减数分裂细胞周期”和“甲基化”等。
图3 高翻译基因3‘UTR富集出的RBP结合基序
3. 探究人类与小鼠卵母细胞的独特翻译基因
图4人与小鼠卵母细胞的翻译组差异
4. OOSP2蛋白诱导卵母细胞成熟
图5 OOSP2促进人卵母细胞体外成熟
图6 T&T-seq揭示OOSP2处理人类卵母细胞后的转录组和翻译组变化
小结：
研究者通过适用于单个卵母细胞的T&T-seq技术，揭示了人卵母细胞成熟过程中从细胞质到细胞核的时空顺序调节; 发现了小鼠和人类的卵母细胞在成熟过程中翻译的差异化；鉴定出OOSP2分泌蛋白可能通过调控小GTPase信号通路相关蛋白的翻译来促进卵母细胞成熟，为临床卵母细胞体外成熟技术提供了新的技术方法及理论依据。
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