text size

Regulation of translation in mammalian oocytes and early embryos

Notice: I hereby declare that I am aware that the information acquired from theses published by Charles University may not be used for commercial purposes or may not be published for educational, scientific or other creative activities as activities of person other than the author.
Title:
Regulation of translation in mammalian oocytes and early embryos
Title (in czech):
Regulace translace v savčích oocytech a raných embryích
Type:
Dissertation
Author:
Ing. Anna Tětková, Ph.D.
Supervisor:
Ing. Andrej Šušor, Ph.D.
Opponents:
Ing. Matyáš Flemr, Ph.D.
Mgr. Helena Fulková, Ph.D.
Thesis Id:
170229
Faculty:
Faculty of Science (PřF)
Department:
Department of Cell Biology (31-151)
Study programm:
Developmental and Cell Biology (P1529)
Study branch:
-
Degree granted:
Ph.D.
Defence date:
24/09/2019
Defence result:
Pass
Language:
English
Keywords (in czech):
oocyt, translace, lokalizace RNA, FSH
Keywords:
oocyte, translation, RNA localization, FSH
Abstract (in czech):
Abstrakt Oocyty, které dorostou do své plné velikosti, procházejí dalším vývojem jako transkripčně inaktivní. Dokončení meiózy a raná embryogeneze závisí na maternálních mRNA syntetizovaných a uložených během období růstu, tedy genová exprese je v oocytech během této doby řízena téměř výhradně na úrovni stabilizace a translace mRNA. Z tohoto důvodu jakýkoliv metabolismus mRNA může mít v této fázi vývoje rozhodující roli. Umístění RNA v rámci buňky a její následná lokalizovaná translace jsou mechanismy zodpovědné za časově a místně ohraničenou genovou expresi. Zaměřili jsme se na vizualizaci mRNA a jejich in situ translaci během vývoje savčích oocytů a raných embryí. Charakterizovali jsme lokalizaci populace celkové RNA společně s proteiny vázajícími RNA v jádře oocytu a raného embrya. Vizualizovali jsme specifické ribozomální proteiny, které se podílí na translaci. Ukázali jsme, že klíčový regulátor cap- dependentní translace, kináza mTOR, je aktivován po rozpadu jaderného obalu (nuclear envelope breakdown, NEBD) a díky tomu je následně jeho substrát, translační represor 4E-BP1, inaktivován. Přítomnost inaktivovaného 4E-BP1 na nově vznikajícím meiotickém vřeténku indikuje probíhající translaci v této oblasti oocytu. Na základě naší RNA sekvenační databáze jsme vybrali specifický kandidátní transkript, Ankyrin 2 (Ank2). Identifikovali jsme, že pouze jedna transkripční varianta, Ank2.3, je přítomna v myším oocytu a je translatována po NEBD. Ank2.3 mRNA je ve větším množství lokalizována v jádře oocytu a na nově vznikajícím vřeténku. Kromě toho potlačení translace Ank2.3 vede k aberantnímu meiotickému zrání oocytů. Poukazujeme tedy na existenci podmnožiny specifických mRNA, jejichž translace ve správný čas a na správném místě je zásadní pro normnální vývoj oocytů. Dále jsme studovali vliv externích faktorů na translaci v oocytu a raném embryu. Prokázali jsme, že přítomnost folikuly stimulujícího hormonu (FSH) v kultivačním médiu významně snižuje inkorporaci methioninu a jeho analogu homopropargylglycinu do nově syntetizovaných proteinů v oocytech několika druhů savců a v raných myších embryích. V souvislosti s tím ukazujeme, že v savčích oocytech zbavených kumulárních buněk je exprimován FSH receptor. Předpokládáme, že skrze FSH receptor je v oocytech ovlivněn příjem aminokyselin, což má vliv na jejich další vývoj. Naše výsledky odkrývají různé mechanismy působící na translaci mRNA, které mají zásadní roli ve fyziologických procesech důležitých pro vývoj zdravých potomků různých savčích druhů, včetně člověka.
Abstract:
Abstract Fully grown oocytes undergo their further development in the absence of transcription. Completion of meiosis and early embryo development rely on the maternal mRNAs synthetized and stored during earlier development. Thus, the regulation of gene expression in oocytes during that period is controlled almost exclusively at the level of mRNA stabilization and translation. In the same vein, any mRNA metabolism could play a critical function at this stage of development. RNA localization followed by a local translation is a mechanism responsible for the control of spatial and temporal gene expression in the cell. We focused on visualization of mRNA and in situ translation in the mammalian oogenesis and embryogenesis. We characterized localization of global RNA population in the oocyte and early embryo nucleus together with RNA binding proteins. Additionally we visualized specific ribosomal proteins that contribute to translation in the oocyte and embryo. We have shown that the key player of cap-dependent translation mTOR becomes highly active post nuclear envelope breakdown (NEBD) and in turn its substrate, translational repressor 4E-BP1 becomes inactive. Precise localization of inactivated 4E-BP1 at the newly forming spindle of the oocyte indicates the ongoing translation in this area. Furthermore, from our RNA sequencing database we selected specific candidate transcript, Ankyrin 2 (Ank2). We identified that only Ank2.3 variant is present in the mouse oocyte and becomes translated after NEBD. Ank2.3 mRNA is localized in high quantity in the oocyte nucleus and at the newly forming spindle. Moreover, Ank2.3 has an oligopirimidine motive which indicates translational regulation thru mTOR/4E-BP1 axis. ANK2 protein also colocalizes with inactivated translational repressor 4E-BP1 suggesting the ongoing translation of Ank2.3 in the area of newly forming spindle. Furthermore, suppression of Ank2.3 mRNA translation results in aberrant meiotic progression of oocytes. Here we showed that translation of subset transcripts in the right time and place is crucial for normal oocyte development. Next, we studied influence of external factors on translation in the oocyte and early embryo. We found that the presence of the follicle stimulating hormone (FSH) in the cultivation media significantly decreased the incorporation of methionine and homopropargylglycine (amino acid analogue) into de novo synthetized proteins in oocytes of various mammalian species and mouse early embryos. In connection we found that FSH-receptor is expressed at mRNA and protein levels in cumulus-free mammalian oocytes. We proposed that decreased uptake of amino acids is influenced thru FSH-receptor and effects oocytes and early embryos development. Taken together our results unveil various mechanisms of influencing mRNA translation which plays a significant role in physiological processes which are essential for development of healthy offspring in various mammalian species including human.
Documents
Download Document Author Type File size
Download Text of the thesis Ing. Anna Tětková, Ph.D. 13.76 MB
Download Abstract in czech Ing. Anna Tětková, Ph.D. 118 kB
Download Abstract in english Ing. Anna Tětková, Ph.D. 91 kB
Download Autoreferat / doctoral thesis summary Ing. Anna Tětková, Ph.D. 182 kB
Download Opponent's review Ing. Matyáš Flemr, Ph.D. 291 kB
Download Opponent's review Mgr. Helena Fulková, Ph.D. 368 kB
Download Defence's report 102 kB