当前位置：首页 > 详细信息 澳门大学葛伟组揭示雌激素通过抑制雄性化基因dmrt1促进斑马鱼卵巢分化但不参与早期卵泡发育
作者：luojiao 发布时间：2021/4/1 3:00:00撰文 | 吴堃
图1 敲除dmrt1拯救了cyp19a1a突变中的全雄表型
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图2 雌激素通路基因(cyp19a1a, esr1, esr2a和esr2b)和dmrt1的不同突变组合的性别比
图3 雌激素在斑马鱼卵巢发育和卵泡发生中的作用
澳门大学博士生吴堃为论文的第一作者，葛伟教授为论文的通讯作者。
参考文献：
性别决定和性别分化（Sex determination and differentiation）是发育生物学和生殖生物学的热点话题。性别决定和分化是一个受多种因素控制的复杂过程，但对这些因素之间的关系了解较少。在哺乳动物中，性别分化是由上游性别决定因子Sry（决定雄性发育）主导。脊椎动物中，虽然上游的性别决定信号不同，但下游的分化途径相对保守。与哺乳动物不同，斑马鱼的性别决定被认为是一种多基因控制的机制。作为重要的硬骨鱼模式生物，其性腺分化具有很高的可塑性，涉及多个因素和途径，是研究性别决定和分化的理想模型。
澳门大学健康科学学院葛伟团队长期以来从事鱼类生殖发育和内分泌研究，致力于以斑马鱼作为模式生物研究性别分化和卵泡发育的分子机制。雌激素在硬骨鱼的性别决定、性腺发育、第二性征的形成以及卵泡成熟的过程中具有着举足轻重的作用。生物体内雌激素的产生，来源于芳香化酶（cytochrome P450 aromatase）对雄激素的转化，该酶由cyp19基因编码，是雌激素产生的必要条件。2016年，葛伟团队利用TALEN和CRISPR/Cas9方法敲除斑马鱼中的卵巢芳香化酶基因cyp19a1a，导致内源雌激素水平大幅下调，使得所有的cyp19a1a突变体（-/-）均发育成雄性[1]。该研究团队最新研究发现，在cyp19a1a突变体（-/-）上进一步敲除雄性化基因（male-promoting gene）dmrt1能挽救雌激素缺失造成的全雄表型。
2020年，该研究团队在Development上发表文章Disruption of dmrt1 rescues the all-male phenotype of the cyp19a1a mutant in zebrafish – a novel insight into the roles of aromatase/estrogens in gonadal differentiation and early folliculogenesis，阐明了雌激素和雄性化因子dmrt1在斑马鱼性别决定中的相互作用，同时揭示出雌激素不参与早期卵泡发育过程。
雄性化（male-promoting）基因dmrt1和雌性化（female-promoting）基因cyp19a1a在性腺发育过程中的重要作用已经被广泛研究。最近的研究表明，在斑马鱼中敲除cyp19a1a会导致全雄表型，而敲除dmrt1会导致明显的性别偏向雌性和雄性发育受限。那么，如果同时切断这两种信号，性别发育会走向何方？为了回答这个问题，作者构建了dmrt1和cyp19a1a的双突变品系（dmrt1-/-；cyp19a1a-/-），结果发现该品系在缺少雌激素的情况下仍然能发育成雌性（图1）。这意味着雌激素在斑马鱼雌性性别分化中是不可或缺的，但其作用依赖于dmrt1的存在，这一发现清楚地解释了雌激素控制性别分化的分子机理。
图1 敲除dmrt1拯救了cyp19a1a突变中的全雄表型
通过表型分析，作者还发现缺失了雌激素的雌性双突变斑马鱼（dmrt1-/-；cyp19a1a-/-）缺少雌性的第二性征，外观上与雄性相似，并且其卵巢缺少卵黄堆积，卵泡无法发育成熟，最终滑向雄性。这表明斑马鱼的第二性征形成，卵泡成熟和卵巢维持需要雌激素。同时，利用雌激素核受体突变体（esr1, esr2a 和esr2b）[2]开展的进一步遗传学实验表明（图2），雌激素通过核受体调控dmrt1的表达从而影响斑马鱼的性别。该研究的另一个重要发现是，雌激素在通过抑制dmrt1表达诱导卵巢形成后，不再参与早期卵泡的发育，直到卵黄发生和积累期，这是不同于传统观念的全新发现。
图2 雌激素通路基因(cyp19a1a, esr1, esr2a和esr2b)和dmrt1的不同突变组合的性别比
作者通过系列遗传学实验，提出与斑马鱼性腺发育传统认知不同的两个重要发现（图3）：1、斑马鱼雌性发育和早期卵泡形成并不需要雌激素，而雌激素主要在卵泡成熟和卵巢维持中发挥不可或缺的作用；2、雌激素通过核受体（nERs）调控下游的dmrt1来影响斑马鱼的性别决定和分化。
图3 雌激素在斑马鱼卵巢发育和卵泡发生中的作用
澳门大学博士生吴堃为论文的第一作者，葛伟教授为论文的通讯作者。
参考文献：
1. Lau ES, Zhang Z, Qin M, Ge W. Knockout of zebrafish ovarian aromatasegene (cyp19a1a) by TALEN and CRISPR/Cas9 leads to all-male offspring due tofailed ovarian differentiation. SciRep 2016; 6:37357
2. Lu H, Cui Y, Jiang L, Ge W. Functional analysis of nuclear estrogenreceptors (nERs) in zebrafish reproduction by genome editing approach. Endocrinology 2017; 158:2292–2308