PNAS：基因表达图谱捕捉到排卵可能出错的地方

一项跨学科合作使用了一种尖端形式的RNA标记来绘制小鼠卵泡成熟和排卵期间发生的基因表达。

　　

一项跨学科合作使用了一种尖端形式的RNA标记来绘制小鼠卵泡成熟和排卵过程中的基因表达。

由此产生的图谱揭示了一系列以前未知的驱动排卵的细胞和分子相互作用，这对女性生育能力至关重要。这一发现可能对开发治疗不孕症的疗法至关重要。

这项研究发表在1月22日的《美国国家科学院院刊》上，由康奈尔大学工程学院生物医学工程副教授Iwijn De vlamink和农业与生命科学学院动物科学助理教授任毅领导。这篇论文的主要作者是Madhav Mantri博士，现在是斯坦福大学的博士后研究员。

De Vlaminck先前使用成像方法，高分辨率时空转录组学，调查了小鼠组织中RNA的全谱，显示了难以捉摸的RNA在骨骼肌再生和病毒性心肌炎中的作用。转录组学本质上是将RNA转化为DNA副本，这些DNA副本被标记为条形码，条形码捕获了它们的空间位置，然后这些数据可以被测序成图像。

2022年，De Vlaminck在第二届校际免疫学研讨会上发表了心肌炎的研究结果，任也参加了该研讨会。她对德弗拉明克的方法很感兴趣，并想知道它是否可以应用于她的主要兴趣之一:揭示调节排卵的细胞和分子机制。

排卵需要雌性生殖细胞(卵母细胞)之间的精确协调，并通过卵巢卵泡的破裂释放它们，卵泡为卵母细胞的生长和成熟提供了环境。在老鼠身上，这种破裂每四到五天发生一次;对于女性来说，大约每四周一次。卵母细胞一旦离开卵巢就会迅速死亡，因此释放它们的时机至关重要。

“卵巢卵泡就像发射台，卵巢就像地面控制装置。它们一起在正确的时间和地点为受精准备卵子。”“卵巢中所有不同类型的细胞必须通过一个非常复杂和动态的‘社会网络’一起工作，这个网络涉及到所有细胞之间复杂的交流。这就是Iwijn技术的力量。它结合了时间和空间的高分辨率。所以这两个确实抓住了排卵的本质。”

在De vlamink的心肌炎研究之后的几年里，转录组学的空间分辨率有了显著提高，从每像素100微米提高到每像素10微米——提高了十倍，几乎达到了单细胞分辨率。然而，获取如此多数据的另一面是，解析所有这些数据是令人生畏的。

“我们有大约10张图片，我们花了整整10个月的时间来理解它们”。

对于每张图像，研究人员对数亿个DNA分子进行测序，然后将它们翻译成基因表达矩阵。每个像素包含小鼠基因组中所有22,000个蛋白质编码基因的表达水平。乘以大约100,000像素。而这仅仅是个开始。

“你必须将这些数据转化为生物学发现，观察时间模式，找出特殊的细胞状态等等，它不像普通的显微镜图像，你有图像，就是这样，你看到你看到的。”

在这些发现中，图谱显示，在卵子释放前大约一个小时，卵泡经历了额外的一层选择，以决定哪些卵泡会排卵。这个急性过程以前从未被发现过，当它出错时，可能会导致排卵率降低，并可能阻碍生育。研究人员还能够检测到早期分化标记，这些标记决定了细胞在卵巢中的不同路径。实际上，图谱捕获了排卵早期和晚期的动态细胞和分子控制程序。

“这种类型的图谱提供了更多关于卵巢中所有分子变化发生的地点和时间的细节，这些细节很难用其他方法捕捉到。”“因此，这可能会激发针对我们识别的特定分子的新干预措施，例如，对生育管理很重要的特定基因。”

现在，研究人员计划扩大合作，探索与肥胖和生殖衰老相关的生育和排卵问题。

研究人员指出，仅在美国，超过10%的不孕症病例是由排卵失败引起的，而肥胖和母亲年龄的增加加剧了这一问题。

“康奈尔大学对这类问题的兴趣越来越大，我们可以在生殖医学中使用尖端的工程原理——在这个领域，这些尖端的工具没有像在其他一些领域，比如癌症生物学中那样被使用得那么多或那么早。”

合著者包括博士生Hanxue Hannah Zhang和Emmanuel Spanos。

这项研究得到了康奈尔脊椎动物基因组学中心和尤尼斯肯尼迪施赖弗国家儿童健康与人类发展研究所的支持。