卵母细胞发育成熟是雌性动物完成生命繁衍的基础，其中染色体的精确分离保证了遗传物质的准确传递，成为卵母细胞减数分裂成熟的关键事件。这一过程的精细调控依赖于染色体黏连（Chromosome cohesion）的动态建立、维持和解离，由染色体黏连素（Cohesin）及其调控因子介导完成。目前，关于染色体黏连蛋白家族成员的功能和调控机理在体细胞有丝分裂中已有深入认识，但在生殖细胞减数分裂中的作用和分子机制仍有待完善。
减数分裂是一种特殊的细胞分裂方式，进行一次DNA复制和两次连续的染色体分离（第一次减数分裂和第二次减数分裂）。其中，第一次减数分裂过程与有丝分裂存在较大差异，发生同源染色体分离，姊妹染色单体不分离，因此很多蛋白的功能与作用机制也与有丝分裂不同。染色体黏连调控因子Wapl、Sororin与Pds5在体细胞中形成复合物，负责黏合素与染色体的动态结合。以往的研究工作发现Wapl和Sororin在猪和小鼠卵母细胞中发挥与体细胞有丝分裂不同的新功能，因此Pds5也有很大可能通过不一样的作用机制和分子通路参与卵母细胞成熟过程。
2025年4月11日，熊波教授课题组在Science Advances上发表了题为“发表了题cohesin-associated protein Pds5A governs the meiotic spindle assembly via deubiquitination of Kif5B in oocytese的研究论文，报道了染色体黏连蛋白Pds5A通过招募去泛素化酶Usp14在纺锤体上稳定驱动蛋白Kif5B，从而调控减数分裂纺锤体组装和卵母细胞成熟的非经典功能。
该研究首先利用猪卵母细胞体外成熟体系探明了黏连蛋白Pds5A在卵母细胞减数分裂过程中的作用，发现Pds5A缺失会导致卵母细胞成熟障碍，排极体率降低，并伴随显著升高的纺锤体形态异常率和染色体排列紊乱率。这些减数分裂缺陷在Pds5A基因敲除小鼠卵母细胞中得到了证实，并且Pds5A敲除卵母细胞中非整倍体发生率较野生型明显提高，同时Pds5A敲除损害了雌性生育力，大幅减少了产仔数。此外，研究表明Pds5A缺失并不影响卵母细胞减数分裂过程中的染色体黏连，说明Pds5A缺失引起的减数分裂失败是由于纺锤体组装异常造成的。机制上，通过免疫沉淀结合质谱分析鉴定出Pds5A与驱动蛋白Kif5B相互结合，并稳定其蛋白水平，从而控制纺锤体组装过程。在Pds5A缺失卵母细胞中表达外源Kif5B可挽救卵母细胞减数分裂进程，暗示Kif5B作为下游效应因子介导了Pds5A在纺锤体组装和卵母细胞成熟中的功能。进一步研究发现，卵母细胞中Usp14是Kif5B的去泛素化酶，Pds5A负责招募Usp14至纺锤体上维持Kif5B稳定性，进而促进纺锤体组装。
综上所述，该研究揭示了染色体黏连蛋白在卵母细胞减数分裂中的非经典功能，明确了染色体黏连蛋白与驱动蛋白和去泛素化酶之间的关联，完善了减数分裂调控机制的理论体系，为研究猪卵子质量下降的原因以及卵子成熟障碍的发生机制提供了新见解，也为建立猪卵子质量的分子评估指标，用于筛选高质量卵子进行基因编辑育种以及高繁殖性能母猪进行畜牧生产提供了理论基础。
浙江大学博士后张玉为该研究的第一作者，熊波教授为通讯作者，南京农业大学在读博士生白洁也参与了该项研究。
（熊波课题组供稿）
科研与开发科
2025年4月14日