小分子核糖核酸:从女性生育能力、生殖细胞和干细胞在人类癌症

文摘

小分子核糖核酸是天然的家庭小非编码RNA分子在基因表达发挥重要的监管作用。他们建议调节大部分蛋白质编码基因通过中介转化抑制和转录后的基因表达的控制。最近的调查结果显示,小分子核糖核酸是细胞分化和去分化,成为重要的调控作用,并深入参与发展进程包括人类胚胎植入前的发展。他们之间保持一个平衡多能性和分化的胚胎,胚胎干细胞。此外,很明显,微rna表达的失调可能在发展和传播发挥基础性作用不同的癌症包括卵巢癌。利息还增加了液的发现,即细胞衍生囊泡,它可以携带不同的蛋白质也不同细胞之间的小分子核糖核酸和参与细胞间的沟通。小分子核糖核酸,连同液,拥有巨大的潜力来被用于预后、治疗、和不同疾病的生物标志物包括不孕。这篇综述的目的是总结存在的知识女性生育能力和癌症相关的小分子核糖核酸:从原始生殖细胞和卵巢功能,生殖干细胞,卵母细胞和胚胎干细胞。

1。介绍

据估计,只有大约2%的人类基因组代表了蛋白质编码区域。越来越多的事实证明,这一现象的关键因素可能是小分子核糖核酸(microrna,大鹏)。众所周知,microrna是天然的家庭小19到24个核苷酸的非编码RNA分子长度在基因表达发挥重要的监管作用[1,2]。他们被认为控制大部分蛋白质编码基因(3]。microrna调解平动调控基因表达转录后的绑定到一个特定网站的3′utr mRNA的目标,从而导致mRNA乳沟和翻译镇压。microrna转录的RNA聚合酶II的腺苷酸主要记录(pri-miRNAs)蛋白质编码和非编码。主记录然后Drosha裂解的核糖核酸酶III 70 -核苷酸酶,产生约茎环结构前体microrna (pre-miRNA),进一步裂解的胞质小礼帽核糖核酸酶(Dcr-1)生成成熟的microrna和反义microrna的明星()产品。进一步成熟的microrna是纳入RNA-induced沉默复杂(RISC),通过完美的碱基配对识别目标mRNA的microrna和主要结果平移信使rna抑制或不稳定的目标。一般来说,据估计,大约30%甚至更多的人类mrna受microrna [4]。近2865成熟microrna已确定在人类基因组中直到现在,相信这些microrna可能导致至少60%的人类转录组。最近的科学发现表明,microrna正在成为重要的监管机构细胞分化和去分化并深入参与发展进程。此外,很明显,microrna的表达的失调可能在发展和传播发挥着基础性的作用不同的癌症。然而,它变得明显,microrna的活动并不总是由他们在细胞的表达。他们的活动会受到rna结合蛋白的影响,如死胡同(DND1),抑制功能的各种各样的microrna的访问通过阻断目标mrna (3]。关于这些新知识,microrna可能发挥重要作用在调节基因表达在人类胚胎植入前的发展从原始生殖细胞胚胎。利息还增加了发现液,细胞衍生囊泡,释放细胞多泡体与质膜融合时直接从质膜(或被释放5]。液可以携带不同的蛋白质还microrna和mrna (6)在不同细胞和深入参与细胞间的沟通。他们可以找到几乎所有的体液和细胞培养的媒体7]。液有巨大的潜力被用于预后、治疗,和不同疾病的生物标志物包括不孕。

分析小分子rna现在可以由不同的技术包括cDNA克隆和测序,实时PCR、微阵列,RNA-sequencing。RNA-seq大幅改善,使小说小RNA的发现,包括microrna和敏感定量小RNA表达分析(8]。

这篇综述的目的是总结存在的知识microrna与女性生育能力和癌症:从原始生殖细胞和卵巢功能,卵母细胞和胚胎干细胞,导致人类的诞生一个新的或其他侵略性癌症出现错误在这漫长的道路。数据对人类增强动物模型中的一些有趣的发现。

2。原始生殖细胞和生殖细胞肿瘤

2.1。原始生殖细胞

人类胚胎植入前的发展可能应该从原始生殖细胞(包括)出人意料地出现在生殖嵴区域,首先可以确定在人类胚胎大约3周附近的卵黄囊上皮发展中尿囊的基础(9]。他们被独特的形态和碱性磷酸酶活性。包括人口增长了有丝分裂和迁移的变形运动的结缔组织后肠道和从那里进入肠道肠系膜。受精后大约30天,大多数包括进入该地区发展中肾脏和相邻性腺的原始地方,趋化性的基础上,加入性和髓细胞连线。已经证明,健壮的热解色谱迁移是由他们的microrna(例如,mir - 430)在斑马鱼模型(10]。整个包括移民和殖民初期,不可能区分男性和女性性腺和我们谈论性腺漠不关心。在人类胚胎,完成包括殖民期间怀孕的第六周,之后女性的性腺,卵巢,开始发展由于缺乏Y染色体和基因SRY,即,包括开始发育成雌性配子。

从包括生殖细胞发展需要及时转变自我更新减数分裂分化,与几个相关基因表达的变化,阻止细胞相关基因的差别包括对这些,等OCT4和工具包相关的基因,upregulation生殖细胞减数分裂,如“瓦萨”号,STRA8,SYCP3。已经证明,干细胞cell-expressed rna结合蛋白LIN28是必不可少的在正常小鼠生殖细胞发展为包括规范。最近,LIN28的表达式检查在正常人类胎儿卵巢生殖细胞发展,从包括阶段,通过减数分裂和卵泡形成的初始化(11]。发现LIN28转录水平最高,当胎儿卵巢只包含热解色谱和增加怀孕的时间明显减少,与生殖细胞分化整合。此外,免疫组织化学显示LIN28蛋白的表达在所有阶段微生物特异性检查。包括LIN28表达,但在妊娠时间晚这种蛋白质的表达局限于生殖细胞的亚群,这被证明是原始和减数分裂前的生殖细胞基于immunofluorescent colocalization蛋白质LIN28 SYCP3 OCT4和缺乏减数分裂的标志。此外,LIN28目标前体microrna的表达成绩单Let-7a / f / d和Let-7g证实在人类胎儿卵巢,和表达这些记录包括阶段最高,像LIN28。LIN28表达式的时空限制和重合的山峰的表达LIN28和目标pri-miRNAs建议这种蛋白质的重要角色维护生殖系干细胞状态和microrna的规定活动发展中人类卵巢。在这项研究中,几乎没有数据microrna在人类在文学和主要发现包括来自动物实验。

最重要的一个角色的microrna在包括针对发展中性腺epigenetics-related基因和DNA甲基化过程。在小鼠模型中,人们已经发现,miR-29b可能发挥重要作用在女性性腺发育通过瞄准epigenetics-related基因等DNMT3A和DNMT3B从而调节基因组DNA的甲基化在热解色谱(12]。同样,已经发现的一只鸡,它已被证实DNMT3B表现在女性生殖特异性的方式重建,由四个microrna downregulation: miR-15c, miR-29b, mir - 383, mir - 222 (13]。其他一些研究脊椎动物,如金色的鱼(14],斑马鱼[15],青鳉[16],青蛙[17)、鸡肉(18),和果蝇19)透露了一些其他可能的microrna必不可少的热解色谱的开发和维护,可以看到在图1。的microrna的表达模式包括似乎是种特异的虽然有些microrna miR-29b和mir - 430等不同物种之间的重叠。一些数据显示,germline-specific DAZ-like rna结合蛋白(DAZL)充当“anti-miRNA因素”在脊椎动物生殖细胞发展(15]。在斑马鱼胚胎发生,mir - 430有助于抑制NANOS1和TDRD7原始生殖细胞(包括)mRNA deadenylation,信使rna降解和转化镇压NANOS1 TDRD7 mRNA在体细胞。结果表明:DAZL可以减少mir - 430镇压TDRD7信使rna介导的诱导聚(A)尾伸长(聚腺苷酸化)。这些数据表明,DAZL充当“anti-miRNA因素”在脊椎动物生殖细胞的发展。有趣的是,在果蝇中,发现胚胎来源于mir - 969和miR-9c-mutant母亲生殖细胞数量减少和增加在表型方差(19]因此表明microrna可能与生育能力。此外,它已证实Dicer1 (Dcr-1)和microrna参与维护和卵巢生殖干细胞的自我更新果蝇卵巢(20.- - - - - -23]。

2.2。生殖细胞肿瘤

包括并不总是进一步发育成雌性配子但可能形成罕见但侵略性和恶性生殖细胞肿瘤,大多是发现在年轻女性或少女,表现为不同类型的恶性肿瘤:无性细胞瘤(DS)、卵黄囊瘤(YST)和未成熟畸胎瘤(IT) (24]。生殖细胞肿瘤的起源要追溯到胚胎热解色谱,反映了其特定的全能性和对DNA损伤因子的敏感性等特点;因此,生殖细胞肿瘤提供一个有用的模型来研究基因调控参与肿瘤形成(25]。与多功能前体包括生殖细胞肿瘤显示了一些相似之处和干细胞多能性相关的基因/蛋白质的表达(例如,NANOG POU5F1, SOX-2)和胚胎发生(例如,GATA4 GATA6, TFAP2C)。分子特征与DS和睾丸(KIT信号通路),虽然他们非常特定于YST (WNT / B-catenin和TGF-B /骨形态形成蛋白信号通路)(24]。

最近的数据表明,microrna的失调可能参与生殖细胞肿瘤的表现(24,26,27]。不同类型的生殖细胞肿瘤可能会由不同的发育过程涉及包括性分化不足和不同不规则的microrna的表达模式,可以看到在图1。基因组和蛋白质编码转录组数据表明,生殖细胞肿瘤(生殖)童年在生理上不同于成年。都已经表明,恶性生殖细胞肿瘤过多表达mir - 371 - 373和miR-302/367集群增加血清水平,无论患者年龄、肿瘤组织学亚型或解剖网站(26,27]。的肿瘤抑制Let-7 microrna的家庭也被证明是在恶性生殖细胞肿瘤普遍下调,因为丰富的调节基因的表达LIN28在upregulation致癌基因包括和结果MYCN,AURKB,和LIN28本身。

有趣的是,一些microrna miR-29b和mir - 430等不同的脊椎动物物种之间的重叠和一些microrna调节(miR302a)或表达下调(Let-7)在生殖细胞肿瘤重叠microrna在脊椎动物包括根据不同的研究中,我们可以看到在图1。microrna在热解色谱和生殖细胞肿瘤不同于microrna发现丰富成熟的人类卵母细胞(28,29日]。

3所示。卵巢:卵母细胞,积云细胞(颗粒)和卵泡液

3.1。卵巢

移民和殖民后,包括成为oogonia形成胎儿卵巢。oogonia广泛通过有丝分裂分裂繁殖到5 - 7百万人类细胞。胎儿卵巢内每个卵原细胞分裂和进入减数分裂的初始阶段,成为初级卵母细胞。二倍体初级卵母细胞停止在第一次减数分裂前期阶段。它有一个称为胚泡核(问);因此,这一阶段是指GV-stage的成熟。全球之声在原始卵泡卵母细胞是本地化的,它们被夷为平地,凝聚周围颗粒细胞层。来源于小鼠模型的数据表明,microrna - 376 a调控原始卵泡组装在卵巢调节增殖细胞核抗原的表达PCNA)基因在小鼠胎儿和新生儿卵巢。mir - 376负相关与PCNA在胎儿和新生儿mRNA表达小鼠卵巢和直接绑定到PCNA翻译区(30.),而目前没有数据用于人类。

胎儿时期,年底所有初级卵母细胞形成和停在第一次减数分裂前期阶段。初级卵母细胞维持多年,直到青春期(初潮),当他们完成第一次减数分裂和分裂成两个子细胞:单倍体次级卵母细胞和挤压极体。生育期间的生活,在每一个月经周期,只有少数招募初级卵母细胞,实际上,只有其中一个成熟和排卵受精。当次级卵母细胞进入第二次减数分裂,它不是结束,而是再次被捕,举行的中期II (MII)阶段直到受精。当卵母细胞受精,减数分裂过程的终止和第二极体是挤压。的MII-stage卵母细胞有可能成为受精,而不成熟的GV-stage卵母细胞没有。在每个月经周期中,只有15 - 20早期窦的毛囊/卵母细胞的招募和只有一个优势卵泡,事实上,成熟和排卵。microrna是确认参与卵泡成熟。三种不同的microrna, mir - 224, mir - 378,已发现mir - 383,参与芳香化酶表达在卵泡发育的调控。此外,miR-21证明促进排卵卵泡细胞的生存。 Proangiogenic miR-17-5p and let-7b were shown to be essential for normal development of the corpus luteum after ovulation [31日]。小鼠模型的实验数据表明,核糖核酸酶III名叫Dicer1,成熟的基本合成功能性microrna,参与的过程folliculogenesis [32]。Dicer1蛋白表达在卵母细胞和卵泡的颗粒细胞。microrna在小鼠卵巢的作用发展探索通过Dicer1条件敲除老鼠(cKO) Dicer1删除专门在颗粒细胞。Dicer1删除,mir - 503小鼠卵巢中更丰富的比其他组织,显著下调。原始卵泡池的增加加速卵泡早期招聘和退化毛囊可以观察到。卵巢利基是极其重要的增长和成熟的卵泡卵母细胞和违规行为可能导致不孕。

3.2。Oocyte-Cumulus复杂

3.2.1之上。人类卵母细胞

每个卵母细胞发育和成熟卵巢的功能单位,卵泡的颗粒和鞘细胞包围和支持,代表了重要的利基卵母细胞生长和成熟。卵母细胞和卵泡周围细胞之间的通信是一个先决条件的正常生长和成熟卵母细胞的受精和胚胎的发展。这oocyte-cumulus沟通仍知之甚少,提出microrna可能发挥重要作用。几乎没有数据microrna在人类卵母细胞因为他们代表一种稀缺和敏感的生物材料,这主要是不提供给研究人员。尽管如此,microrna已经证实在人类卵母细胞体外受精程序中检索罕见的研究。在一项研究中,从全球之声——MII-stages microrna的动态变化进行了分析(28]miR-CURY放大器和定量rt - pcr微阵列平台。卵母细胞被分成四组,对应GV卵母细胞卵母细胞,信息产业部卵母细胞体外成熟在传统FSH水平(5.5 ng / mL),和信息产业部卵母细胞体外成熟高FSH水平,分别为2000 ng / mL。722年,microrna在卵母细胞识别。在成熟MII-stage卵母细胞,四个microrna是调节和11个表达下调GV-stage不成熟卵母细胞相比,我们可以看到在图2。miR-15a和miR-20a表达的rt - pcr分析显示这两个microrna的整合动态变化在减数分裂。此外,高浓度的FSH在体外成熟中导致反向影响的表达miR-15a miR-20a,证实了这两种microrna的参与在卵母细胞成熟过程中受到FSH (28]。另一项研究表明miR10A、miR100 miR184 MII-stage丰富人类成熟卵母细胞,他们不同于microrna在周围丰富的调色板积云oophorus集群的积云细胞周围卵泡中的卵母细胞(见图2)[29日]。

卵母细胞的预测目标基因microrna与转录和细胞周期的调控有关,而基因的目标积云细胞microrna参与细胞外基质和细胞凋亡。microrna的靶基因预测的比较和mRNA微阵列数据导致的几个目标列表中差异表达的基因信息产业部卵母细胞和积云细胞,包括PTGS2,CTGF,和BMPR1B为cumulus-oocyte通信是非常重要的。进一步功能分析主要颗粒细胞培养显示BCL2和CYP19A1 mRNA水平当miR23a过表达下降。这些结果表明,microrna能扮演重要的角色在卵母细胞的规定和积云细胞相声(29日]。有趣的是,一些丰富的microrna在人类的积云细胞如mir - 93和Let-7重叠与老鼠(33]。

哺乳动物卵母细胞成熟的特征是不对称的细胞分裂,结果在一个大卵母细胞和一个小极体与对称分裂在体细胞有丝分裂。不对称的结果从卵母细胞极化包括主轴定位,移民,和大脑皮层重组,受精和早期胚胎发育的关键。肌动蛋白动力学是参与这个过程,microrna提出了发挥重要的监管作用[34]。

3.2.2。动物卵母细胞

因为人类卵母细胞是一种罕见的和困难的研究材料,确认和有趣的发现来自动物实验在其他哺乳动物物种,特别是在老鼠和牛(见补充表在网上补充材料http://dx.doi.org/10.1155/2016/3984937)。类似于人类卵母细胞,59个microrna在牛卵母细胞成熟和成熟中表达的不同35]。此外,发现47和51个microrna在牛问非常丰富和信息产业部卵母细胞相比,周围的积云细胞。六个microrna丰富的卵母细胞,即mir - 96, mir - 122, mir - 146 a, mir - 146 b - 5 - p, mir - 150,和mir - 205,大大减少在体外成熟(36]。与牛模型实验表明,一个oocyte-specific基本helix-loop-helix转录因子的表达FIGLA,必不可少的原始卵泡形成所需的许多基因和表达受精和早期胚胎生存,是由mir - 212 (37]。mir - 212是表达了在卵母细胞和早期胚胎。利用瞬时转染和记者化验,结果表明mir - 212压抑的表达FIGLA牛卵母细胞和胚胎。LIN28a和基因LIN28b成绩单在小鼠卵母细胞丰富。在脊椎动物包括形成鲜明对比,LIN28a和基因LIN28b在卵母细胞不活跃的增长,因为他们击倒对完整Let-7a水平没有影响胚泡(问)卵母细胞38]。此外,转基因雌性肥沃,生产健康的后代,他们的总体繁殖性能与野生型老鼠。尽管许多microrna在小鼠卵母细胞,一些实验数据显示,microrna的功能可能会在全球范围内抑制小鼠卵母细胞和早期胚胎的另一种类型的小分子rna,小干扰rna (siRNAs),可能发挥重要作用[39]。众所周知,删除Dgcr8,也被称为帕夏microrna所需处理(Drosha结合),特别是块规范microrna的生产,而删除小礼帽块的生产microrna和endo-siRNAs细胞。条件删除小礼帽在小鼠卵母细胞染色体对齐,导致严重的缺陷主轴组织和不孕。相比小礼帽,Dgcr8通常缺乏小鼠卵母细胞成熟和受精后产生健康的后代。他们的信使rna概要文件相同的野生型小鼠卵母细胞,帽子,空卵母细胞显示几个misregulated成绩单。这种现象需要进一步阐明人类和其他哺乳动物物种。

3.3。积云和颗粒细胞

与主颗粒细胞在人类积云细胞的数据更丰富,因为它更容易检索积云细胞比卵母细胞体外受精程序。积云细胞可以获得机械(切割)或卵母细胞的酶(透明质酸酶)剥蚀,否则丢弃在日常医疗实践。积云细胞可以从不同角度研究卵母细胞成熟和质量有关。EIF2C2的大规模分析——(蛋白质argonaute-2)执行绑定microrna在三个人类granulosa-derived细胞系(即。,HSOGT KGN和GC1a)和在人类颗粒细胞主要通过高通量测序(40]。Argonaute蛋白质与argonaute-2包含匹威域对RNA干扰显性效应。他们与Dicer1互动和参与short-interfering-RNA-mediated基因沉默。MiR-21占超过80%的EIF2C2-bound microrna因此表明它浓缩在RNA-induced沉默复杂(RISC)和对人类颗粒细胞是非常重要的。在颗粒细胞的目标miR-21 COL4A1 mRNA组件相关的颗粒细胞层和周围的基底膜granulosa-embedded细胞外结构。

3.3.1。女性的年龄

女性年龄增长的主要因素减少女性生育能力和人工辅助受孕的结果。的机制仍不清楚。人们已经发现,女性衰老改变多种基因的表达在人类积云细胞必不可少的卵母细胞质量和潜在目标中确定特定的microrna积云细胞,如mir - 425, mir - 744, mir - 146 b, Let-7d年轻(< 30年)和中年妇女和mir - 202(31-34年)和老年(> 37年)Let-7e女性(41]。

3.3.2。卵泡和类固醇生成

一些研究表明,microrna的模式是一个动态的特性在卵泡和周围不同组的卵泡细胞之间可能有所不同,支持卵母细胞。详细,microrna的模式之间的差异放射冠的最内层积云oophorus,直接相邻的卵母细胞透明带,其余的积云细胞(42]。共确定了785年和799年的microrna放射冠和其余的积云细胞。七十二microrna表达不同的这两组之间细胞。相关的生物信息学分析表明,这些microrna是氨基酸和能量代谢。另一项研究确定两个intrafollicular体细胞的microrna的概要文件类型:壁画(mgc外的“墙”卵泡)和积云(公司治理文化内部细胞在卵母细胞)颗粒细胞从女性接受控制卵巢刺激体外受精(43]。总共936注释microrna和九名小说microrna的确定,和90年的带注释的microrna是德国和公司治理文化之间的差异表达。生物信息学预测显示,不同的路径,比如TGFβ、ErbB信号和硫酸乙酰肝素生物合成,microrna在颗粒细胞的目标人群,而细胞外基质重塑,Wnt和生成信号通路富集mgc microrna的目标之一。有趣的是,两个九小说microrna确认被发现intronic产地:一个芳香化酶和另一个从FSH受体基因;后者microrna是预测目标激活素信号通路。这些结果表明,转录后的调控基因表达的microrna的修改可能发挥重要作用促性腺激素信号(43]。这是按照颗粒细胞上的一般知识。在卵泡卵母细胞周围的颗粒细胞与它亲密接触的差距和粘附连接和释放一些物质决定性的卵母细胞生长和成熟。颗粒细胞也参与卵泡的内分泌活动,类固醇生成,通过改变雄激素(雄烯二酮)外壁细胞芳香化酶活动的雌激素。他们拥有FSH激素受体和颗粒细胞数量的增加直接针对循环促性腺激素水平的增加或减少对睾酮的回应。他们也产生一些肽参与卵巢激素合成的规定。此外,转染的影响人类卵巢颗粒细胞培养主要80种不同的基因构造编码人类pre-miRNAs释放激素,孕酮、睾酮和雌二醇评估酶免疫分析法(44]。此外,选择两个反义结构,阻断相应的microrna,测试在颗粒细胞孕激素释放。已经表明,36 80测试microrna的结构导致孕激素释放和10个microrna促进孕激素释放抑制人类粒状的细胞。57个microrna测试抑制睾丸激素释放,且只有一个microrna增强睾酮产量和51个microrna抑制雌二醇释放,而没有一个microrna测试刺激它。作者建议,microrna能控制生殖功能增强或抑制卵巢progestagen,雄激素和雌激素等人类颗粒细胞和建议miRNA-mediated效果可能会用于生殖过程的监管包括生育和治疗生殖和其他激素依赖性疾病的女性(44]。证明是鉴于mir - 133 b会使FOXL2表达式通过直接针对3′UTR和抑制FOXL2-mediated转录镇压明星和CYP19A1促进雌二醇生产鼠标颗粒细胞(45]。

它也发现mir - 513 - a - 3 - p是参与促黄体激素的控制/绒毛膜促性腺激素受体(LHCGR)表达式由一个反向转录后的调控机制层面,对于女性生殖功能正常(46]。

3.3.3。增殖和凋亡

影响卵母细胞质量最重要的一个因素是卵母细胞周围的颗粒细胞的凋亡。颗粒细胞凋亡可以与卵母细胞质量受损有关。更好地阐明microrna的潜在作用调节卵巢颗粒细胞的增殖和凋亡的影响转染培养的主要人类与80不同的构造编码人类pre-miRNAs颗粒细胞增殖标记的表达,细胞核抗原,细胞凋亡标记伯灵顿是评估使用免疫细胞化学(47]。80测试结果表明,11个microrna的结构导致刺激,和53个microrna导致抑制PCNA。此外,11个测试的80个microrna推广积累伯灵顿,而46个microrna伯灵顿在人类颗粒细胞的减少造成的。在下一步中,选择两个反义结构阻塞相应的microrna miR-15a和mir - 188被用来评估其对PCNA的表达的影响。增加一个反义结构抑制miR-15a PCNA, mir - 188的反义结构并不影响PCNA的表达。验证的影响选择pre-miR-10a, mir - 105, mir - 182通过使用其他标记的扩散(细胞周期蛋白B1)和细胞凋亡(TdT和半胱天冬酶3)确认的具体角色microrna在人类颗粒细胞增殖和细胞凋亡47]。

3.4。卵泡液和等离子

十分重要的优势,microrna可以确定等体液卵泡液在体外受精程序检索或血浆。卵泡液中检索通过超声引导下愿望卵泡的卵母细胞后控制激素刺激卵巢的体外受精。当体外受精的卵母细胞中,卵泡液被丢弃在日常医疗实践但可以代表一个完美的材料研究卵巢生理和病理和卵母细胞质量。据报道,microrna membrane-enclosed内很容易被探测到人类卵泡液的囊泡。在当前的研究中,37个microrna是调节人类的卵泡液相比,等离子体在同一女性(48]。证明,32种microrna是由微泡,液,表达了良好的exosomal标记CD63和研究等。作者认为这些microrna卵泡液中确认参与卵泡增长至关重要的途径和卵母细胞成熟。具体来说,其中9 microrna已知目标和负调控mrna表达卵泡成熟的卵泡微环境通过编码抑制剂和减数分裂恢复。已经证明,增加女性年龄影响的模式microrna在卵泡液(49]。microrna的概要的卵泡液的年轻(< 31年)和老年(> 38年)女性,有一组四个差异表达microrna。这些microrna基因的预测目标参与硫酸乙酰肝素的生物合成,细胞外matrix-receptor交互,碳水化合物的消化和吸收,p53信号,cytokine-cytokine-receptor交互。需要暴露,这些途径的几个相关生育能力,表明这组microrna研究和他们的目标需要与生殖衰老和人工辅助受孕的结果。

此外,人们已经发现,卵巢疾病,如多囊卵巢综合征(PCOS)和卵巢功能早衰(POF)或原发性卵巢功能不全影响卵泡液中的microrna的表达和等离子体。

3.4.1。多囊卵巢综合征

PCOS是一种系统性的疾病由一组症状由于女性荷尔蒙失调50]。诊断通常是通过停止排卵,高雄激素水平,和几个卵巢囊肿超声探测到。典型的症状包括不规则或没有月经,沉重的时期,肥胖,多余的身体和面部毛发(多毛症),痤疮,盆腔疼痛,低生育率、怀孕的问题,和补丁的厚,深色皮肤。它可以与2型糖尿病、阻塞性睡眠呼吸暂停,心脏病、情绪障碍和子宫内膜癌。此外,PCOS的生育年龄的妇女中最常见的内分泌紊乱,导致低生育率。微阵列分析人类的卵泡液显示235 microrna的表达在人类卵泡液和29的PCOS妇女和正常组织之间的差异表达(51]。PCR验证后,5个microrna显示显著增加表达PCOS组的女性(图3)。潜在的目标基因与胰岛素调节和炎症有关。此外,microrna的表达的最高目标与生殖相关基因被发现,内分泌和代谢过程。在另一项研究中,人们已经发现,两个microrna, mir - 132和mir - 320,卵泡液中表达水平明显降低患多囊卵巢综合征的妇女比一群健康女性,可以看到在图3。此外,它已被证明,mir - 132, mir - 320, mir - 520 - c - 3 - p, miR-24,和mir - 222中卵泡液调节雌二醇浓度和miR-24, mir - 193 b, mir - 483 - 5 - p孕酮浓度(52]。作者得出的结论是,有几个microrna在人类卵泡液,其中一些可能在类固醇生成和PCOS发挥重要作用。有趣的是,mir - 320是不同的表达与PCOS妇女的卵泡液还是一项研究[53沿着mir - 383],并调节相比,健康妇女(控制)。本研究表明,mir - 320控制扩散和类固醇生产针对E2F1和SF-1参与卵泡的颗粒细胞,并发展。作者总结,了解microrna的生物起源和功能的调节卵泡发展人类将加强microrna的有用性在一些steroid-related疾病和女性不孕的治疗。健康女性相比,总共有59个已知的microrna的识别差异表达的积云颗粒细胞与PCOS妇女:21个microrna是增加和38 microrna减少(54]。几个重要的过程可能是这些microrna的目标,比如Notch信号,调节激素,和能量代谢。此外,Notch3 MAPK3, Notch信号和ERK-MAPK通路,是直接由mir - 483 - 5 - p。

3.4.2。卵巢功能早衰

严重子宫不育的另一个迹象是POF,它被定义为一个卵巢障碍的多因子的起源特点是闭经,hypergonadotropism(例如,增加FSH水平),hypoestrogenism,没有卵泡/卵母细胞受精在40岁以下的女性年55]。血浆样本通常是分析microrna POF患者,因为他们大多没有卵泡。在一项研究中,微阵列芯片结果表明10 microrna显著调节和2 microrna表达下调在等离子体的POF患者与正常女性相比,我们可以看到在图3(56]。在等离子体是miR23a microrna的调节中,已被证实是非常重要的在卵巢颗粒细胞凋亡调节通过减少细胞凋亡的抑制蛋白(XIAP)表达(57]。此外,miR-22-3p被发现显示等离子体中表达水平较低的女性POF和区别于对照组。此外,它是与血清FSH水平负相关58]。的目标函数miR-22-3p凋亡,内吞作用和肿瘤发生。作者建议减少表达miR-22-3p等离子的POF患者反映了卵巢储备下降,POF的病理过程的结果。此外,目前的研究提供了证据表明mir - 518和TGFBR2基因多态性是小说POF的敏感性因素,自然绝经年龄、绝经期和早期风险(59]。一些研究表明,公认的基因基因之间的交互mir - 146和mir - 196 - a2可能参与POF发展(60]。是非常重要的研究卵巢储备下降的原因。实际上,没有相关的生物标记物用于估计(在)肥沃的女性的卵巢储备和预测人工辅助受孕的结果。现有的超声波监测卵巢和FSH的决心和血清抗苗勒氏管激素激素水平已经被证明是和nonreliable不足。因此,需要一些新的生物标志物。

4所示。受精和胚胎的贡献

受精是配子的融合来启动一个新的个体的发展和代表的一个主要活动在人类胚胎植入前的发展。当然,它发生在输卵管壶腹部地区的,但也可能发生在体外。在受精,精子贡献一些遗传和表观遗传因素影响早期胚胎发生(61年]。表观遗传因素通过精子包括功能中心体,适当的包装与特定的染色质精蛋白,组蛋白的修饰,印迹的基因。此外,施肥精子提供自己的mrna和microrna,这可能导致胚胎转录组和调节胚胎基因表达。所有这些表观遗传因素可能直接或间接影响基因的表达在胚胎发育过程中。

一般来说,精子是转录活性,极其专业的单倍体细胞与一头包含一个紧凑的细胞核和细胞质最小。另一方面,尤其是在最近几年,它已证明,精子还包含一个复杂的人口由核糖体rna的rna信使rna,长和小非编码rna。建议的完整的信使rna序列是丰富与不育相关基因,受精和胚胎早期发育8]。已经证明,信使rna是保留在精子和增加受精后合子基因组激活前(62年]。核糖体RNA是最丰富的RNA人口但高度分散从而确保translationary灭活的精子细胞。

渐渐地,RNA在精子的整体功能意义是更好的认可。使用自由仓鼠卵母细胞透明带/人类精子穿透试验,表明精子特异性转录本,不是未孕卵母细胞中,传输的卵母细胞受精(63年]。进一步,它已经表明,注入sperm-borne PLC-zeta记录,不存在未孕卵母细胞,卵母细胞中可以被翻译成有功能的钙振荡和卵母细胞激活剂在受精(64年]。非编码rna在精子的存在也假定潜在角色postfertilization年初和胚胎发育。这些假设已经扩展到认为sperm-borne rna可能对发展中生物体的表型表观遗传的影响。成熟精子染色质区域港口印迹基因展品与DNase-sensitive地区双nucleoprotamine / nucleohistone结构可能与胚胎发展中建立高效的表观遗传信息(65年,66年]。

microrna是最具有精子非编码rna。有人建议,microrna在精子(图4)可能在胚胎组蛋白替换函数67年)基因组或转录平衡早期表达信号或影响表观遗传修饰68年]因为将近10%的小非编码rna映射到组蛋白浓缩TSS和启动子区域。MiR-34c是一个非常丰富的microrna在人类69年]。它被发现对胚胎早期发育至关重要,需要第一卵裂小鼠受精卵的分裂。microrna的前兆也出现在人类精子,pri - mir - 181等,其目标可能有一个功能在早期胚胎发育和全球范围内减少4-8-cell人类胚胎发展阶段(8]。特定目标的pri - microrna - 181是胚胎干细胞多能性的因素,称为coactivator-associated精氨酸甲基转移酶(CARM1)。用鼠标模型,证明了microrna存在于老鼠精子进入卵母细胞的受精的结构。精子包含一个广泛的microrna形象,潜在的mRNA目标的一个子集,是表达可受精的中期II (MII)卵母细胞70年]。然而,相比sperm-borne microrna的水平很低的土地不肥沃的MII卵母细胞,卵母细胞受精并没有改变microrna的曲目,包括最丰富的sperm-borne microrna。一般来说,受精后,精子的潜在机制和功能完好无损的信使RNA的RNA可能包括翻译MII卵母细胞机械、平移的microrna监管,激活的父亲pri-miRNAs孕产妇帽子,和父亲的microrna转录调控。非编码rna被假定为表观遗传修饰符包括组蛋白修饰和DNA甲基化和玩一个函数在继代表观遗传继承。小rna的剖析高度敏感的技术,下一代测序和实时PCR等,可能会有一些新发现的生育潜力标记在人类医学(71年]。微分表达的小分子rna的比较可能会导致新的监管途径的发现潜在的男性不育症。的可能性小非编码RNA的精子可以控制的环境因素,如父亲的压力接触(72年),早期创伤(73年),和污染74年),也揭示和推测的决心表观遗传特征的下一代。

5。胚胎

oocyte-to-embryo过渡意味着高度分化的卵母细胞转变成一个全能的受精卵和多能胚胎植入前的哺乳动物胚胎的卵裂球。它包括丰富的替代孕产妇microrna丰富也在分化细胞和以Let-7家族,与胚胎microrna在多能干细胞常见(例如,mir - 290家庭在鼠标)(38),可以看到在图4。受精过程是紧随其后的是一个胚胎的发展主要是孕产妇mrna的基础上发展起来的。胚胎开始表达自己的基因组在4 - 8细胞植入前的阶段。它通过桑椹胚阶段发展与大约30细胞胚泡阶段大约100个细胞。通常人类胚胎植入的桑葚胚或胚泡阶段。microrna在哺乳动物早期发育的作用,尤其是在孕产妇mrna转录后的调控,仍然是有争议的。用鼠标模型,说明能力处理microrna受精后减少从而减少胚胎植入前的发展的microrna的后期活动(75年]。然而,通过分析不同的前体和成熟形式丰富的特定的microrna在小鼠胚泡,如mir - 292 - 3 - p和mir - 292 - 5 - p,人们已经发现,miRNA-duplexes和/或microrna绑定到目标mrna可以出现,可以作为潜在的股票microrna在发展中胚胎。有人建议,这样的储备可以直接提供功能和成熟的microrna在回应需求75年]。这种现象需要进一步的研究。

5.1。基因胚胎的状态

人类胚胎microrna已经分析了,它已经证明了microrna表达模式取决于染色体状态(图4)。在一项研究中,人们已经发现,整倍体胚胎的microrna的模式,对所有染色体正常,不同于非整倍体胚胎在人类76年]。整倍体胚胎中最高度microrna的表达是mir - 372,揭示了一个基于数组的定量实时聚合酶链反应(qPCR)。极的microrna表达显示关键维护哺乳动物胚胎干细胞多能性和发展。有些microrna,以不同的方式表达了整倍体和非整倍体胚胎之间,如mir - 141、miR-27b, mir - 339 - 3 - p,和mir - 345所有调节整倍体胚胎。

5.2。胚胎的发育,着床

令人惊讶的是,它已经证明了人类胚胎分泌microrna在文化媒体和microrna可能代表新生物标记影响胚胎的发育,着床(77年,78年]。在人类和牛,微分microrna基因表达后观察(花)媒体文化发达的胚胎囊胚阶段,那些被逮捕并未能开发桑椹胚的囊胚阶段。miR-25花了媒体,mir - 302 c, mir - 196 - a2, mir - 181 a逮捕了胚胎的表达式被发现是高于在胚泡77年),可以看到在图4。

花文化媒体来自55个microrna的表达的单个胚胎移植周期测试使用一个基于数组的定量实时聚合酶链反应分析和确定microrna的表达在这些周期(与妊娠结局78年]。两个microrna, mir - 191和mir - 372表达胚胎培养后专门花了媒体。有趣的是,microrna是一些不好的条件:mir - 191更高度集中在媒体非整倍体胚胎,mir - 191, mir - 372, mir - 645更高度集中在媒体失败体外受精周期没有怀孕(图4)。此外,microrna是高度集中在媒体后胞浆内精子注射(ICSI)和第五天媒体样品相比,古典与卵母细胞体外受精后受精(IVF)和第四天样品,分别是(78年]。胚胎植入还依赖于子宫内膜接受。重复植入失败(RIF)的一个主要问题在体外受精程序。十三个microrna已确定在RIF不同子宫内膜样本,与正常细胞相比,和推定地调节3800个基因的表达79年]。发现十microrna在RIF子宫内膜样本,包括miR-23b,mir - 99 a,和mir - 145,而三underexpressed。根据miRNA-predicted目标,mRNA水平相关的细胞粘附分子,Wnt信号,细胞周期通路RIF-IVF患者低。用鼠标模型,它已经表明,最小的子宫mir - 181的表达对胚胎植入的发生至关重要,它是由白血病抑制因子(生活)80年]。

5.3。人类胚胎干细胞

人类胚胎干细胞(hESC)行可以创建从多余的胚胎体外受精程序。他们可以通过隔离和离体培养获得的囊胚内细胞团(ICM),否则发展成胚胎植入后组织。创建hESC线及其研究回答了几个重要的问题关于多能性干细胞自我更新和分化。此外,一些研究表明,microrna的表达的失调可能在发展和传播发挥着基础性的作用不同的癌症。

5.3.1。多能性

miR-302/367集群代表八个microrna的最丰富的集群中明确表示为(81年]。功能研究确定miR-302/367的重要角色规定为其多能性和分化的体外。它的作用在TGF -旁边β信号,miR-302/367也促进了骨形成蛋白(BMP)信号。几项研究[82年- - - - - -87年)表明,microrna深入参与多能性之间的平衡和分化为通过调节多能性相关的基因,我们可以看到在桌子上1。

5.3.2。分化和发展为成三个胚芽层

有趣的是,有一群primate-specific microrna (ps-miRNAs),一组269年ps-miRNAs进化保存和可能导致高级灵长类动物之间的差异和非灵长类哺乳动物或降低脊椎动物(88年]。浓缩在染色体所代表的19和X和mir - 548家庭。大多数ps-miRNAs低表达在成人组织,但在生殖系统和为其高度表达。目标基因与发育过程和各种癌症密切相关。建议ps-miRNAs可能调节中扮演至关重要的角色的分化和生长在早期开发和维护为其的多能性。

几项研究[89年- - - - - -93年]证明了microrna是深入参与为其分化成不同类型的细胞的所有三个胚芽层(内胚层、中胚层和外胚层),可以看到在桌子上2。

有些microrna是参与维持多能性为其但直接分化成胚叶调节时(90年]。

这些最新发现都是极其重要的理解早期人类发展和改善hESC差异化协议。

5.3.3。癌症

如果出现错误的过程中发展和microrna特异表达,会发生不同类型的癌症。致癌microrna参与癌症的表现,而另一组抑制microrna参与癌症的抑制94年]。端粒酶监管新机制的非编码小分子rna被发现。它已经表明,mir - 498引起维生素D3减少人类端粒酶逆转录酶的mRNA表达(95年]。mir - 498的表达水平是减少恶性卵巢肿瘤以及人类卵巢癌细胞系。

蛋白质LIN28是一种进化保守的rna结合蛋白和是一个主调节器控制为其的多能性。加上OCT4, SOX2, NANOG LIN28能重组体细胞并产生诱导多能干细胞(万能)。LIN28仅限于ESCs的表达和发展在人类肿瘤组织和高度调节。它的功能作为一个致癌基因促进恶性转化和肿瘤进展。let-7,它已经证明了四个microrna miR-9, miR-30, mir - 125,直接抑制LIN28表达式为和癌症细胞(96年]。有人建议,这些差别全球对这些microrna可能LIN28复活的关键机制之一,表现人类的癌症。

Dicer1,内切核糖核酸酶对microrna的合成至关重要,也作为一个肿瘤抑制。已经证明,核糖核酸酶的失活希望域D1709突变,突变的残留物在nonepithelial卵巢癌的一个子集,导致完全丧失microrna 5 p-derived成熟,包括肿瘤抑制let-7家人和癌症的顺向发展(97年]。

5.4。女性生育能力

最近,帽子的作用在女性生殖功能组织已经开始被阐明基因敲除小鼠模型的使用。如前所述,核糖核酸酶III核酸内切酶,Dicer1(也称为帽子),microrna的合成至关重要。尽管人们普遍建立,microrna表达女性生殖系统,其功能作用和对生殖过程的影响仍然未知。在一个有趣的研究中,老鼠的生殖表型与Dicer1 loxP插入基因(Dicer1fl / fl)当过老鼠Cre-recombinase由她们血液中的抗苗勒氏管激素受体2表达启动子(Amhr2Cre / +)首次成立(98年]。成年女性Dicer1fl / fl; Amhr2Cre / +老鼠显示正常交配行为但没有产生后代交配后在实验条件。形态学和组织学评估的生殖道的老鼠显示他们的子宫和输卵管hypotrophic和高度紊乱。自然交配Dicer1fl / fl; Amhr2Cre / +女性导致胚胎的成功受精但oviductal运输中断,就是明证胚胎未能进入子宫。这些数据涉及Dicer1 / microrna介导的转录后的基因调控在生殖体细胞组织对女性生育能力至关重要。卵母细胞内的小礼帽,卵巢颗粒细胞、黄体组织,输卵管、子宫,也可能导致女性不孕(99年]。

它已经表明,mir - 290 - 295, microrna的mammalian-specific集群,在胚胎发育中起着决定性的作用,表明部分杀伤力的突变小鼠胚胎(One hundred.]。在幸存的mir - 290 - 295 -有缺陷的小鼠胚胎,只有女性生育能力受损。有人建议,这种生育障碍来自于一个缺陷在迁移热解色谱和同样发生在男性和女性的变异动物。然而,男性mir - 290 - 295(- / -)小鼠能够从这原始生殖细胞的损失中恢复由于寿命延长增生性的生殖细胞,肥沃,而女性mir - 290 - 295(−/ -)老鼠无法恢复,因为卵巢功能早衰是无菌的。

6。诊断和治疗女性不孕:前景

microrna的新知识和方法可能会提供一些新的生物标记从不同的方面对女性不孕:从卵巢生理到卵母细胞和胚胎质量,胚胎植入的潜力,和子宫内膜接受。一个重要的任务是研究卵巢储备下降的原因,因为没有相关的生物标记物用于估计(在)肥沃的女性的卵巢储备和预测(或解释)人工辅助受孕的结果。microrna似乎是一个非常有趣的工具。这些microrna以及液囊,囊泡运输,可以很容易地检测到血液中,可以作为可靠的生物标志物的兴趣不孕治疗。数据显示,microrna能控制生殖功能增强或抑制卵巢progestagen,雄激素和雌激素等人类颗粒细胞和表明miRNA-mediated效果可能会用于调节生殖过程和治疗女性生殖和其他激素依赖性疾病的生育问题。

目前,检索的卵母细胞和胚胎在体外受精程序只能通过形态学或胚胎植入前的基因诊断评估后“咄咄逼人”胚胎活检。microrna的分泌到培养基可能代表一个有趣的非侵入性的工具来评估卵母细胞和胚胎在体外受精程序。此外,动物模型的研究表明,一些次优程序,如体外成熟卵泡,可以改善使用microrna。已经证明了hCG补充剂和维生素C的地位在培养基改变microrna的表达谱在卵母细胞和颗粒细胞在体外生长的小鼠卵泡(101年]。此外,小鼠颗粒细胞的转染let-7c, miR-27a和mir - 322 -抑制剂序列卵母细胞的成熟率增加了1.5 - 2.0倍相比,控制老鼠的毛囊体外成熟过程(102年]。这些发现表明,在颗粒细胞复杂的microrna的监管可能会提高卵母细胞体外成熟的效率在卵泡发育。最后但并非最不重要,microrna的新知识为其导致更好地了解人类的发展一方面和癌症的另一方面的表现。这可能导致优化体外分化不同的协议和治疗癌症。

7所示。结论

它可能会得出结论,microrna代表巨大的挑战在生育和再生医学理解人类的胚胎植入前的发展包括女性生殖组织,包括,配子,胚胎,胚胎干细胞更好。即将到来的新知识可能提供新的生物标志物和治疗在未来生育的疾病和退化性疾病。

利益冲突

作者声明没有财务或其他利益冲突有关。

确认

作者要感谢生殖单位的员工,卢布尔雅那大学医学中心,青年、教育和体育的捷克共和国(RVO: 86652036, BIOCEV CZ.1.05/1.1.00/02.0109 ERDF),克里斯汀•瓦格纳和伊尔丝太太海德堡大学为她修正英文。

补充材料

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