MicroRNA pathway activity in mammalian oocytes

Abstract

Proměna vajíčka (oocytu) na embryo je jednou z nejsložitějších vývojových událostí, během které se diferencované vajíčko promění v totipotentní zygotu. Během růstové fáze oocyt hromadí mRNA, proteiny a další molekuly dokud nedosáhne stavu plně vzrostlého oocytu, ve kterém se transkripce zastaví. Plně vzrostlý oocyt má schopnost dokončit meiozu, být oplodněn a aktivovat zygotický genom. V období transkripčního klidu mezi plně vzrostlým oocytem a aktivací zygotického genomu je proto posttranskripční kontrola genové exprese nesmírně důležitá. Studie posttranskripčních regulačních drah v myších oocytech odhalily, že v myších oocytech existují v jedinečné sestavě regulační mechanismy využívající malé RNA. Zatímco mechanismus endogenní RNA interference (RNAi) je nezbytný pro normální vývoj oocyt, mikroRNA (miRNA) mechanismus, který je přítomný prakticky ve všech buněčných typech, je víceméně neaktivní a pro růst, zrání a oplodnění oocytů postradatelný. Můj doktorský projekt byl zaměřen na zodpovězení otázky proč jsou miRNA v oocytu nefunkční. Jelikož plně vzrostlý oocyt je mimořádně velká buňka s proporčně velkým mateřským transkriptomem, můj výzkum se soustředil na změny stochiometrie miRNA: mRNA, ke kterým dochází od zahájení růstu k plně dospělému myšímu oocytu. Ukázalo se, že miRNA se neakumulují...

(English) Oocyte-to-embryo transition (OET) is one of the most complex developmental events where a differentiated oocyte gives rise to a totipotent zygote. During the growth phase an oocyte prepares for fertilization and progression to zygotic genome activation. It does so by transcribing and storing the necessary mRNAs till a fully-grown oocyte attains transcriptional quiescence. Therefore, transcriptome regulation in a fully-grown oocyte is of utmost importance. Study of post-transcriptional regulatory pathways revealed that the small-RNA mediated regulatory pathways exist in a unique conformation in mouse oocytes. Endogenous RNAi pathway is essential for mouse female germline while miRNA pathway which is ubiquitously present in most cell types is dispensable for oocyte maturation and fertilization. My PhD project was aimed at understanding the constraints of the miRNA pathway in the oocyte which makes it non-functional. As a fully-grown oocyte is a huge cell with a proportionally large maternal transcriptome we analysed the miRNA: mRNA stoichiometry changes that occur from growing to the fully-grown mouse oocyte. Inability of miRNAs to accumulate during oocyte growth phase leads to their dilution in fully-grown oocyte rendering them inactive. Low miRNA concentrations were also observed in rat,...