velikost textu

Role and regulation of nuclear membrane during meiotic maturation of mammalian oocyte

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Název:
Role and regulation of nuclear membrane during meiotic maturation of mammalian oocyte
Název v češtině:
Role a regulace jaderné membrány během meiotického zrání savčího oocytu
Typ:
Disertační práce
Autor:
Ing. Markéta Končická, Ph.D.
Školitel:
Ing. Michal Kubelka, CSc.
Oponenti:
prof. RNDr. Ing. Jaroslav Petr, DrSc.
doc. RNDr. Pavla Binarová, CSc.
Konzultant:
Ing. Andrej Šušor, Ph.D.
Id práce:
171593
Fakulta:
Přírodovědecká fakulta (PřF)
Pracoviště:
Katedra buněčné biologie (31-151)
Program studia:
Vývojová a buněčná biologie (P1529)
Obor studia:
-
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
7. 6. 2019
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Jazyk práce:
Angličtina
Klíčová slova:
jaderná membrána, savčí oocyty, meiotické zrání
Klíčová slova v angličtině:
nuclear membrane, mammalian oocytes, meiotic maturation
Abstrakt:
Abstrakt (česky) Meiotické dělení samičí zárodečné buňky, oocytu, je více náchylné k chybám a následně k aneuploidiím, než je tomu během meiózy spermií. Aneuploidie a chromozomální aberace se u oocytů zvyšují se zvyšujícím se věkem matky a to jak u lidí, tak u myší. Zahájení meiotického zrání je spojeno s aktivací cyklin-dependentní kinázy 1 (CDK1), což vede k rozpadu jaderné membrány. Kromě toho je pro správný průběh meiózy nezbytná regulace translace klíčových transkriptů. V této disertační práci jsou shrnuty poznatky ze čtyř vědeckých publikací. Analyzovali jsme čas rozpadu jaderné membrány (NEBD) a vydělení prvního pólového tělíska u oocytů pocházejících od samic 2 rozdílných věkových kategorií: mladých (2 měsíce věku) a starých (12 měsíců věku). Zjistili jsme, že meiotické zrání u oocytů starých samic probíhá výrazně rychleji díky dřívější fosforylaci Laminu A/C, který je komponentem jaderné laminy, a rychlému rozpadu jaderného obalu. Mimo to oocyty starých samic vykazují unikátní charakteristické invaginace jaderné membrány a také signifikantně delší obvod jaderného obalu v porovnání s oocyty mladých samic. Tato data spolu se zvýšenou aktivitou CDK1 a Cyklinu B a také se zvýšenou translací faktorů účastnících se regulace translace naznačují, že oocyty starých samic procházejí předčasným meiotickým dělením, které může přispívat k chromosomálním chybám během meiózy I. Pro zjištění vlivu funkce CDK1 během meiotického zrání jsme také objasnili úlohu cyklin- dependentní kinázu vázajícího proteinu 2 (CKS2). Cks2-/- myši obou pohlaví jsou neplodné a jejich oocyty a spermatocyty zastaví meiotické dělení v metafázi I. Tyto oocyty mají sníženou a zpožděnou aktivaci metafázi podporujícho faktoru (MPF), což vede ke zpoždění NEBD a poruchám v aktivaci anafázi podporujícího komplexu/cyklozomu (APC/C) a také k chybnému utváření meiotického vřeténka. U Cks2-/- zárodečných buněk je snížená exprese CDK1 a Cyklinů A1/B1. Zjistili jsme že aktivní CDK1 fosforyluje a aktivuje protein „mammalian target of rapamycin“ (mTOR). Aktivita mTOR kinázy vede k hyperfosforylaci a inhibici translačního represoru 4E-BP1. Inaktivní 4E-BP1 je uvolněn z vazby s eukaryotním iniciačním faktorem 4E (eIF4E), který v tuto chvíli může formovat funkční iniciační komplex a cap-dependentní translace může být zahájena. Tímto způsobem CDK1 ovlivňuje translaci RNA důležitých při zahájení meiózy. Kromě translace probíhající v oblasti vznikajícího meiotického vřeténka jsme pozorovali specifickou jadernou lokalizaci množství RNA před rozpadem jádra. Mimo RNA je v jádře uložen aktivní inhibitor cap-dependentní translace 4E-BP1 a také proteiny spojené s posttranskripčními modifikacemi mRNA (hnRNPA1 a eIF4A3). Jelikož je specifická lokalizace RNA předpokladem pro její následnou translaci, je pravděpodobné, že RNA uložená v jádře je translačně dormantní a následně dochází k její translaci po NEBD. Tyto výsledky ukazují, že MPF je důležitým regulátorem mnoha procesů meiotického zrání. Také je potřebný pro úplnou aktivaci mTOR kinázy, která inhibuje represor cap-dependentní translace 4E-BP1. Inhibice 4E-BP1 probíhá po NEBD, kdy jsou původně dormantní RNA přístupné pro cap-dependentní translaci. Aberantní aktivita MPF, která se vyskytuje u oocytů starých samic nebo u oocytů s delecí Cks2 může vést k nárůstu chromozomálních chyb během dělení, zpoždění průběhu meiotického zrání nebo k problémům s vydělením pólového tělíska. Naše zjištění přináší lepší porozumění molekulárním základům samičí/ženské reprodukční fyziologie a mohou najít uplatnění v dalším výzkumu či praxi.
Abstract v angličtině:
Abstract Meiotic division of a female germ cell, an oocyte, is more prone to segregation errors and consequently to aneuploidies than meiosis of a sperm. Aneuploidies and chromosomal aberrations in oocytes increase with higher maternal age in humans and also in mice. Meiotic maturation onset is connected with activity of cyclin dependent kinase 1 (CDK1) that leads to dissociation of nuclear membrane. Moreover regulation of translation of key transcripts is necessary for proper meiotic progression. In thesis findings from four scientific publications are interpreted. We have analyzed the timing of nuclear envelope breakdown (NEBD) and polar body extrusion in mouse oocytes originating from two distinct female age groups: young (2 months old) and aged (12 months old). We found that meiotic maturation happens faster in aged females' oocytes due to early phosphorylation of Lamin A/C, a component of nuclear lamina, and rapid dissociation of nuclear membrane. Moreover aged females' oocytes presented unique characteristic invaginations of nuclear membrane and thus significantly increased circumference of the nuclear envelope compared to the oocytes from young females. These data combined with increased activity of CDK1 and Cyclin B, as well as increased translation of factors that regulate the translation itself, suggest that oocytes from aged females undergo a precocious meiotic division that can contribute to chromosomal errors in meiosis I. To study the influence of CDK1 function during meiotic maturation in oocytes we have also elucidated the role of cyclin-dependent kinase subunit protein 2 (CKS2). Cks2-/- mice are infertile in both sexes with oocytes and spermatocytes arrested in metaphase of meiotic division I. These oocytes display reduced and delayed maturation-promoting factor (MPF) activity, leading to the delay of NEBD and defects in activation of the anaphase-promoting complex/cyclosome (APC/C) and meiotic spindle assembly. In Cks2-/- germ cells the expression of CDK1 and Cyclin A1/B1 is reduced. We have observed that active CDK1 phosphorylates and activates mammalian target of rapamycin (mTOR). Activation of mTOR kinase leads to hyperphosphorylation and inhibition of translational repressor 4E-BP1. Inactive 4E-BP1 is released from eukaryotic initiation factor 4E (eIF4E), which can in turn form functional initiation complex eIF4F and start cap-dependent translation. In this manner CDK1 influences translation of a pool of RNAs during the meiosis onset. In addition to ongoing translation in the area of forming spindle we have observed specific localization of number of RNAs within the nucleus of oocytes before NEBD. Apart from RNAs, also active inhibitor of cap-dependent translation 4E-BP1 is localized in the nucleus, as well as the proteins connected with mRNA processing (hnRNPA1 and eIF4A3). As the specific localization of RNAs is a prerequisite for their subsequent translation, we propose that RNAs stored in the nucleus are translationally dormant and can be translated subsequently after NEBD. Altogether, these observations show that MPF is an important regulator of many processes during meiotic maturation. It is also needed for full activation of mTOR, which inhibits 4E- BP1 and in this way allows initiation of translation. Inhibition of 4E-BP1 occurs post NEBD when previously dormant RNAs are available for cap-dependent translation. Aberrant MPF activity that occur in oocytes from aged females or in oocytes with Cks2 deletion can lead to the increase in frequency of chromosome segregation errors, delay in the progression of meiotic maturation, or problems with polar body extrusion. Our findings should help to better understand the molecular basis of female reproductive physiology and can find usage in further research or practice.
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Ing. Markéta Končická, Ph.D. 10.58 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Ing. Markéta Končická, Ph.D. 82 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky Ing. Markéta Končická, Ph.D. 71 kB
Stáhnout Autoreferát / teze disertační práce Ing. Markéta Končická, Ph.D. 114 kB
Stáhnout Posudek oponenta prof. RNDr. Ing. Jaroslav Petr, DrSc. 486 kB
Stáhnout Posudek oponenta doc. RNDr. Pavla Binarová, CSc. 322 kB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby 104 kB