多功能内聚力调控系统揭示女性生殖衰老相关卵细胞非整倍性发生机制

《Nature Aging》：A versatile cohesion manipulation system probes female reproductive age-related egg aneuploidy

为解决女性生殖衰老过程中卵细胞非整倍性率急剧升高的机制难题，耶鲁大学Binyam Mogessie团队开发了一种可调控的REC8内聚力蛋白降解系统，结合高分辨率活细胞成像技术，首次直接验证了内聚力阈值模型，并发现微丝骨架破坏和着丝粒功能异常可协同加剧染色体分离错误。该研究为解析年龄相关卵细胞染色体异常的多因素机制提供了可操控的平台，对改善高龄女性生育困境具有重要科学意义。

　　

随着全球生育年龄的推迟和人口老龄化加剧，高龄女性生育力下降已成为严峻的临床与社会经济挑战。其中，卵细胞非整倍性（染色体数目异常）是导致流产、不孕及遗传性疾病（如唐氏综合征）的核心因素。尽管已知染色体黏连蛋白（cohesin）随年龄逐渐丢失是主要原因，但为何在生殖晚期非整倍性率呈指数式攀升，其背后是否存在临界阈值或其他协同因素，始终是生殖生物学领域的未解之谜。

为突破这一瓶颈，耶鲁大学Binyam Mogessie团队在《Nature Aging》发表最新研究，构建了一套多功能、可调控的内聚力操纵系统，通过精准降解减数分裂特异性黏连蛋白亚基REC8，结合定量高分辨率活细胞成像，首次在活体卵母细胞中直观揭示了年龄相关染色体错误的动态过程。

研究团队通过CRISPR-Cas9基因编辑技术，构建了内源性REC8蛋白C端融合FKBP12^F36V-mClover3标签的小鼠模型（REC8-FKBP12^F36V-mClover3），并验证其不影响REC8的定位与功能。利用PROTAC（蛋白降解靶向嵌合体）技术，通过小分子dTAG-13实现REC8的快速、剂量依赖性降解；同时结合TRIM-Away抗体介导的蛋白降解方法，通过纳米抗体（nanobody）靶向mClover3标签，进一步验证了REC8降解的效果。此外，研究采用三维高分辨率活细胞成像技术，实时追踪染色体动态，并结合免疫荧光染色、Western blot、胚胎培养等功能学实验，系统评估了内聚力减弱对染色体稳定性及胚胎发育的影响。

REC8-FKBP12^F36V-mClover3敲入小鼠实现内源性REC8动态的高分辨率活细胞成像

研究证实，标签化REC8蛋白在减数分裂I期和II期均能正常定位於染色体臂和着丝粒区域，并维持准确的染色体排列与分离。活体成像首次捕捉到减数分裂I期后期REC8从染色体臂选择性移除、而在着丝粒区域保留的关键过程。

dTAG-13介导的内源性REC8降解快速重现生殖衰老相关的姐妹染色单体早分离

dTAG-13处理90分钟内即可诱导年轻卵母细胞中出现3-4个早分离的染色单体，其发生频率与自然衰老卵母细胞相当。在减数分裂I期短暂降解REC8后，可在II期卵细胞中检测到明显的染色单体分离，证明该系统能时空特异性地模拟年龄相关的染色体错误。

纳米抗体介导的TRIM-Away降解内源性REC8加速姐妹染色单体分离

通过注射GFP纳米抗体mRNA，在TRIM21表达的卵母细胞中实现REC8的快速降解，进一步验证了化学与遗传两种方法均可有效诱导衰老样染色体表型。

微丝骨架破坏加剧PROTAC介导的REC8降解引起的染色单体分离

细胞松弛素D（Cytochalasin D）处理单独可引起年轻卵母细胞中染色单体的渐进性分离，而联合dTAG-13介导的REC8降解后，染色单体散射体积显著增大，证实微丝骨架缺陷与内聚力减弱具有协同作用。

部分REC8降解揭示内聚力丢失的阈值模型

通过梯度dTAG-13处理发现，当REC8蛋白水平下降至初始值的50%以下时，早分离染色单体数量急剧增加，支持了“内聚力阈值”假说：即部分内聚力丢失可被耐受，但一旦低于临界水平，染色体完整性迅速崩溃。

衰老样CENP-A耗竭独立于内聚力丢失引发染色单体分离

通过TRIM-Away技术部分降解着丝粒组蛋白CENP-A（模拟衰老卵母细胞中30%的耗竭水平），发现其单独即可诱导染色单体散射，且与REC8降解联合后效应显著增强，提示着丝粒功能失调是独立于内聚力丢失的重要致病因素。

本研究通过创新性的可调控内聚力操纵系统，揭示了女性生殖衰老中卵细胞非整倍性发生的多机制协同模型：内聚力随年龄逐渐丢失形成“脆弱基础”，而微丝骨架紊乱、着丝粒功能衰退等年龄相关缺陷则作为“二次打击”，共同触发染色体分离错误的指数级增长。该平台不仅为高通量筛选衰老相关卵细胞错误的新机制提供了工具，更为未来开发靶向减数分裂保真性的生育干预策略奠定了理论基础。