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为探究卵母细胞减数分裂过程中 DNA 双链断裂（DSBs）的修复机制及影响因素，研究人员开展了关于不同阶段卵母细胞 DSB 修复通路的研究。结果发现 MII 卵母细胞 DSB 修复存在高度异质性，受代谢因素和 CDK1 活性调控。该研究有助于优化卵母细胞体外成熟培养基123。
在生命的繁衍过程中，卵母细胞的质量至关重要，它就像一颗孕育生命的 “种子” 。然而，在卵母细胞成熟的过程中，DNA 双链断裂（DSBs）这一 “捣乱分子” 却时常出现。DSBs 就像是 DNA 链条上的断裂口，如果不能及时、准确地修复，就可能降低卵母细胞的质量，甚至引发基因突变，影响后代的健康。目前，虽然已知真核细胞核 DNA 双链断裂主要通过同源定向修复（HDR）和非同源末端连接（NHEJ）等途径进行修复，但在卵母细胞这个特殊的 “小世界” 里，DSBs 如何修复，哪些因素会影响其修复过程，仍是未解之谜。而且，在体外培养卵母细胞时，不同的培养基是否会对 DSB 修复产生影响，也有待研究。
为了揭开这些谜团，来自广州医科大学附属广东第二人民医院、南方医科大学等机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《BMC Biology》杂志上。该研究发现，中期 II（MII）卵母细胞在 DSB 修复方面存在高度异质性，这一过程受到代谢因素和细胞周期蛋白依赖性激酶 1（CDK1）活性的双重调控。这一发现不仅拓展了人们对卵母细胞 DSB 修复机制的理解，还为优化卵母细胞体外成熟培养基提供了重要依据，对辅助生殖技术的发展具有重要意义。
研究人员为开展此项研究，用到了以下几个主要关键技术方法：
- 卵母细胞的获取与培养：从 8 - 12 周龄雌性 ICR 小鼠获取卵母细胞，包括 GV 期卵母细胞、CEOs 等，并在不同培养基中进行体外成熟培养。
- 免疫荧光标记：用于检测卵母细胞内相关蛋白的表达和定位。
- EdU 点击反应：标记新合成的 DNA，以此分析 DSB 修复过程中的 DNA 合成情况。
- Western blot：比较不同组卵母细胞中蛋白水平的差异。
- cRNA 制备与卵母细胞显微注射：将制备的 cRNA 注入卵母细胞，研究相关蛋白对卵母细胞 DSB 修复的影响。
下面来看具体的研究结果：
- BIR 介导的 DSB 修复在 MII 卵母细胞中受到抑制：研究人员用博来霉素（Bleomycin）诱导不同发育阶段卵母细胞产生 DSB，通过 EdU 点击反应检测发现，随着卵母细胞成熟，BIR 修复能力逐渐下降，在 MII 期（IVM 14 h）显著降低，且在第一极体（PB1）中几乎被完全抑制。此外，抑制 HDR 关键蛋白 BRCA1 或 DNA 聚合酶 α、δ，会抑制 BIR 修复，表明 HDR 和相关 DNA 聚合酶参与了卵母细胞 DSB 修复456。
- MII 卵母细胞中 BIR 抑制在体内成熟或 DMEM 培养时增强：对比体内成熟和体外不同培养基培养的卵母细胞，发现 DMEM 培养基培养的 MII 卵母细胞中，BIR 修复被显著抑制。进一步研究发现，M2 培养基添加多种代谢成分后，也会抑制 BIR 修复，说明 DMEM 中多种代谢因素导致了 MII 卵母细胞 BIR 抑制789。
- DMEM 抑制 MII 卵母细胞中 RAD51 介导的 HDR，但不影响 53BP1 介导的 NHEJ：通过分析 GFP - RAD51 和 GFP - 53BP1 的焦点形成，发现 DMEM 培养的 MII 卵母细胞中，RAD51 介导的 HDR 受到抑制，而 53BP1 介导的 NHEJ 在 MII 期被促进，且不受 DMEM 影响1011。
- MII 卵母细胞中的 BIR 受 CDK1 调控：使用 CDK1 抑制剂 RO - 3306 处理卵母细胞，发现 CDK1 参与 BIR 和 RAD51 介导的 HDR 调控，且 DMEM 或 M2 + G.P.F. 培养基培养的卵母细胞中，CDK1 和 CCNB1 蛋白水平降低。过表达 CCNB1 和 CDK1 则可促进 MII 卵母细胞中 BIR 对 DSB 的修复121314。
- DMEM 培养或 CDK1 抑制促进 MII 卵母细胞中的 TMEJ：研究发现，DMEM 培养的 MII 卵母细胞中，POLQ 介导的 TMEJ 参与 DSB 修复，且添加 CDK1 抑制剂或特定代谢成分可促进 TMEJ，表明 TMEJ 参与 MII 卵母细胞 DSB 修复并受 CDK1 调控1516。
研究结论和讨论部分指出，MII 卵母细胞 DSB 修复存在至少四种途径，且具有高度异质性。这种异质性可能与卵母细胞和早期胚胎发育中的多种现象相关，如早期胚胎的非整倍体形成、发育能力差异等。CDK1 在卵母细胞 DSB 修复和细胞周期调控中起关键作用，其活性变化可能影响染色体稳定性，进而影响早期胚胎发育。此外，培养基中的代谢成分不仅影响卵母细胞的基因组稳定性，还可能通过影响 CDK1 蛋白水平和 DSB 修复途径，对胚胎发育产生重要影响。因此，在辅助生殖技术中，优化培养基成分，以促进卵母细胞的健康发育和准确的 DSB 修复，具有重要的临床意义。
