紡錘體的正確組裝是哺乳動物有絲分裂和減數分裂順利進行的關鍵事件，只有紡錘體的精確組裝才能保證染色體的正確分離及後續細胞和胚胎的正常分裂及發育。人與小鼠體細胞的紡錘體組裝由中心體（centrosome）介導，而人和小鼠卵母細胞中並不存在中心體。已有研究發現🪔💖，小鼠卵母細胞的紡錘體由無中心粒的微管組織中心（acentriolar microtubule organizing centers, aMTOCs）介導形成。但自上世紀80年代開始，人卵母細胞中一直未觀察到MTOC的存在，因此學術界長期以來的觀點均認為人卵中不存在MTOC (Science🧏🏽♀️，2015；Annu. Rev. Cell Dev. Biol, 2018)。那麽人類卵母細胞紡錘體究竟是如何形成的🌦？這一科學問題的答案一直未知🧖🏻♀️。
2022年11月18日🐻❄️，MK体育平台生物醫學研究院王磊、桑慶團隊聯合MK体育平台附屬婦產科醫院集愛遺傳與不育診療中心孫曉溪團隊在Science雜誌上以長文（Research Article）形式發表題為 “The mechanism of acentrosomal spindle assembly in human oocytes”（《人類卵母細胞非中心體紡錘體組裝的機製》） 的文章，發現人卵母細胞中存在著前所未知且與眾不同的微管組織中心，研究者將其命名為huoMTOC（Human Oocyte Microtubule Organizing Center），明確了相關分子組成🥮、闡明了人卵母細胞啟動紡錘體組裝的生理機製，最後在卵母細胞紡錘體組裝異常患者中鑒定到huoMTOC組分的基因突變🥽，從生理病理角度揭示了人卵母細胞紡錘體組裝新機製。值得一提的是，2016年王磊/桑慶團隊明確了人卵母細胞成熟障礙為新孟德爾遺傳病，發現了第一個致病基因TUBB8並揭示了病理機製（N Eng J Med，2016）。TUBB8為靈長類特異基因🤷🏼♂️，構成人類卵母細胞紡錘體的主要成員👴🏼。結合此次發現人卵母細胞中存在獨特的huoMTOC與微管形成及紡錘體組裝密切相關🎰，這些證據表明：與其他哺乳動物相比👩🏽，人卵母細胞在發育與進化中存在諸多獨特之處👩🏻🚒。
首先🌰，研究人員利用免疫熒光和高分辨成像技術對核膜破裂後的人卵母細胞進行觀察，結果顯示其形成的紡錘體微管主要聚集於染色體的動粒（kinetochore）位置。進而，通過活細胞實時三維成像技術（3D time-lapse imaging）詳細記錄了動粒起始微管組裝的動態過程。由此推測，人卵母細胞動粒可能存在特殊的微管組織中心起始紡錘體微管聚合。隨後🧜🏿♀️，研究者在處於第一次減數分裂中期的人卵母細胞中🧘🏿，對86個主要的中心體或微管相關蛋白進行了定位分析，最終確定43個蛋白具有人卵母細胞紡錘體相關定位💂🏻。其中，有四個蛋白（CCP110，CKAP5，DISC1 和 TACC3 ）同時定位於動粒和微管，這與他們在有絲分裂過程中的定位截然不同♙。研究人員於是將上述四個蛋白在GV (Geminal vesical)期人卵母細胞中進行定位觀察，另人意外的是，在GV期核膜附近這四個蛋白組成了一種此前從未被發現的特殊結構，同時在該結構周圍觀察到新生微管聚集，而在鼠、豬卵母細胞中並未觀察到該結構⛩。由於該結構在人卵母細胞中負責聚合微管👩🦯➡️🔈，因此研究者將其命名為人卵母細胞微管組織中心（human oocyte microtubule organizing center🍬，huoMTOC）。
進一步，研究者利用活細胞追蹤成像對此結構進行追蹤🍩，結果發現，huoMTOC形成於卵母細胞皮質區（cortex）🏌🏿，並於NEBD（Nuclear envelope breakdown）之前遷移到核膜附近🫷🏼。隨著NEBD的發生🧖🏽♀️，huoMTOC開始碎裂並逐漸定位於動粒，同時在動粒附近起始紡錘體微管的聚集和生長。當huoMTOC結構被破壞時（通過激光燒蝕或下調主要成員蛋白水平）🚣🏻♂️⛔，人卵母細胞中的紡錘體微管則會聚合受阻，最終導致無法形成紡錘體👱🏼♂️。上述結果表明，huoMTOC在人卵母細胞紡錘體組裝過程中發揮重要作用。
最後🤽♀️，為了進一步確定huoMTOC是否具有臨床意義，研究人員在1400余名卵母細胞成熟障礙患者的全外顯子測序數據中進行突變篩查，結果發現兩位患者攜帶TACC3的復雜合致病突變。免疫熒光檢測發現🤲🏻，兩位患者GV期卵母細胞的huoMTOC結構均被完全破壞，同時在MI期卵母細胞中均沒有紡錘體形成。由此證實，huoMTOC異常將會直接導致女性卵母細胞成熟障礙。
綜上所述，研究人員首次發現了人卵母細胞中組裝紡錘體微管的全新亞顯微結構huoMTOC，並且闡明了huoMTOC調控人類卵母細胞紡錘體組裝的獨特生理機製，同時揭示了huoMTOC異常導致患者卵母細胞成熟障礙🍏，為該疾病的病理機製貢獻了新認識。
MK体育平台生物醫學研究院王磊🔬、桑慶及上海集愛遺傳與不育診療中心孫曉溪為通訊作者🔐。MK体育平台生物醫學研究院武田宇、博士生董潔（已畢業）、上海集愛遺傳與不育診療中心伏靜📗、上海交通大學附屬第九人民醫院生殖中心匡延平為本文共同第一作者；此外，上海交通大學附屬國際和平婦幼保健院李文🛅✳️、章美玲和MK体育平台附屬中山醫院董曦也參與了該項研究。
原文鏈接🪺：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abq7361
