揭示 CDK12 在卵母细胞发育中的关键作用：女性不孕的新视角

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《Cell Death & Disease》：Absence of CDK12 in oocyte leads to female infertility

【字体：大中小】 时间：2025年03月28日 来源：Cell Death & Disease 8.1

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　　为探究细胞周期蛋白依赖性激酶 12（CDK12）在卵母细胞发育中的作用，来自捷克科学院动物生理学和遗传学研究所等机构的研究人员开展了深入研究，相关成果发表在《Cell Death and Disease》上。研究人员构建卵母细胞特异性敲除 CDK12 的小鼠模型开展研究。结果发现，CDK12 缺失会导致卵母细胞转录异常、发育受阻，进而引发女性不孕。这为理解女性不孕机制提供了新方向。

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在生命的奇妙旅程中，新生命的诞生离不开健康的卵子。卵母细胞从原始生殖细胞发育而来，在卵泡中逐渐成长，这一过程中，它需要积累各种物质，获得减数分裂和支持胚胎早期发育的能力。而转录调控在卵母细胞发育里起着关键作用，RNA 聚合酶 II（POLII）对转录起始的调控尤为重要。细胞周期蛋白依赖性激酶 12（CDK12）作为 POLII 活性的重要调节因子，参与多种生物学过程。然而，它在卵母细胞发育中的具体作用却一直是个谜。为了解开这个谜团，来自捷克科学院动物生理学和遗传学研究所等机构的研究人员开展了深入研究，相关成果发表在《Cell Death and Disease》上。
研究人员主要采用了基因编辑、免疫印迹、免疫荧光、RNA 检测等技术方法。通过构建卵母细胞特异性敲除 CDK12 的小鼠模型（Cdk12^tmlc-/- Zp3-Cre^+/+ ，简称 cKO），与野生型（WT；CDK12^+/+ ；Cdk12^tmlc^+/+ Zp3-Cre^+/+ ）和杂合子（HT；CDK12^+/? ；Cdk12^tmlc^+/? Zp3-Cre^+/? ）小鼠进行对比研究。
研究结果如下：

CDK12 对雌性生育至关重要：通过免疫印迹分析证实 cKO 小鼠 GV 期卵母细胞中 CDK12 蛋白缺失，免疫荧光实验显示其在 WT 卵母细胞核中定位，而在 cKO 卵母细胞中缺失。繁殖实验表明，cKO 雌性小鼠完全不育，而 HT 和 WT 雌性小鼠生育正常，说明 CDK12 不存在单倍剂量不足。
CDK12 对卵母细胞发育和成熟不可或缺：分析 cKO 小鼠卵巢和卵母细胞质量发现，cKO 小鼠卵巢明显小于 WT 小鼠，组织学分析显示其初级卵泡数量减少，几乎没有窦状卵泡，出现早发性卵巢功能衰竭（POF）表型。超排卵后，cKO 小鼠排卵稀少，且排出的卵母细胞多为生长中的 GV 期卵母细胞，无法发育为可受精的 MII 期卵母细胞，这些卵母细胞染色体紊乱，微管蛋白聚合异常。
CDK12 缺失抑制发育中卵母细胞的转录活性：用 5 - 乙炔基尿苷（EU）标记新合成的 RNA，发现 cKO 卵母细胞的 EU 染色比 WT 卵母细胞减少 71%，转录延伸的标记物 ——RNA 聚合酶 II（Ser2）的活性形式在 cKO 卵母细胞中降低了 39%，而 Pol II 的 mRNA 和蛋白水平在各组间无差异，表明 CDK12 缺失导致转录程序异常，影响卵母细胞 mRNA 储备的形成。
CDK12 缺失影响卵母细胞中部分 mRNA 的表达：qPCR 检测发现，cKO 卵母细胞中翻译抑制因子 4E-BP1 的 mRNA 显著增加 3.5 倍，翻译起始因子 eIF4G1 的 mRNA 显著降低，与 POF 相关的 mRNA 均显著减少。免疫印迹分析显示相关蛋白表达与 mRNA 表达呈正相关。向 cKO 卵母细胞中显微注射 CDK12 的 RNA 后，4E-BP1 的 mRNA 表达降低，Eif4g1、Gdf9 和 Rps26 的 mRNA 表达增加，同时 POL II 的磷酸化水平、eIF4G1 和 POF 标记物 GDF9 的表达均增加。
CDK12 缺失的卵母细胞转录组异常抑制整体翻译并增强翻译抑制因子 4E-BP1 的表达：³⁵S - 蛋氨酸掺入实验表明，cKO 卵母细胞的整体蛋白质合成比 WT 卵母细胞降低 23%。RNA FISH 检测显示两组卵母细胞的整体多聚腺苷酸化无差异，但 PAT 实验表明 cKO 卵母细胞中 4E-BP1 的 mRNA 的 3’UTR 尾巴出现多聚腺苷酸（poly (A)）移位，说明 CDK12 缺失导致 4E-BP1 的 mRNA 稳定，抑制蛋白质合成。
研究结论和讨论部分指出，CDK12 在卵母细胞发育中起着核心作用，其缺失导致卵母细胞转录组和翻译组异常，使卵母细胞无法完全成熟，最终导致女性不孕。此外，该研究还为早发性卵巢功能衰竭的病因学提供了新见解，表明 CDK12 在人类相关疾病中可能也扮演重要角色，值得进一步深入研究。这项研究为理解女性生殖机制、探索女性不孕的治疗方法以及早发性卵巢功能衰竭的研究开辟了新道路，有助于推动生殖医学领域的发展。