线虫精子细胞活化与运动的超微结构研究

细胞运动广泛存在于组织发育、伤口愈合等许多正常的生理过程以及炎症反应和癌细胞扩散等病理过程，细胞极性建立（活化）是保证细胞正常运动的前提。线虫精子是研究细胞运动的理想材料，其运动是一种骨架聚合解聚驱动的阿米巴运动，活化过程涉及囊泡融合和伪足伸展两个关键事件。目前关于细胞活化时两个关键事件之间调控关系的研究还是空白，精子运动时伪足骨架与基质间黏附的物质和结构基础还未见报道。本项目以电子显微镜为主要研究手段，辅以光学显微镜和生化分析，研究线虫精子细胞活化和运动过程中MO融合和伪足生长的调控机制，以及这一过程中细胞形态改变和物质运输的结构基础，如精子活化时MO融合的物质变化和形态改变，细胞运动时伪足骨架与基质黏附和解黏附的形态变化和黏附分子的动态变化等。预期研究结果将对解决精子运动障碍，抑制癌细胞扩散，加快消炎等方面的药物设计提供理论依据。

本项目主要研究线虫精子生成，激活及运动过程中的调控机制及细胞形态改变的结构基础，分析精子细胞响应激活因子信号刺激进行活化和运动时产生的形态及生理变化，探讨精子细胞胞内生理生化微环境的改变对精子活化时细胞骨架组装和膜器官与质膜融合的影响。主要成果包括：1）鉴定了锌离子为C. elegans雌雄同体线虫利用的精子激活因子，以依赖于SPE-8信号通路的方式诱导精子激活（Development， 2013），Nature China在论文刊出后在发育生物学专栏发表评述论文；随后研究了锌离子诱导精子激活的调控机理，发现ATP作为信号分子抑制锌离子诱导的精子激活，ATP分子在精子膜器官ＭＯ中以质子依赖的方式储存，其转运分子VNUT-1在精子细胞中表达并调节精子功能，相关结果目前正在撰写文章。2）揭示了钙离子在Ascaris线虫和C. elegans线虫精子激活运动中的重要调控作用，发现胞内钙对于精子激活时MO与质膜的融合以及伪足骨架的动态变化都是必需的，胞内钙离子的螯合或者钙信号通路的阻断都将抑制精子活化（Protein & Cell，2013；BBA-Molecular Cell Research，2014）。进一步的研究发现精子MO具有胞内钙库的作用，钙离子在胞质与钙库之间的正确转运对于精子激活及细胞骨架的动态变化至关重要，二价离子转运蛋白HKE-4.1调节了这一过程，hke-4.1基因突变后胞内钙离子储存异常，精子激活运动能力缺失，进而导致线虫不育。相关结果已投稿至Current Biology。3）系统研究了线虫精子发生的转录调控机制，鉴定出众多精子发生和性腺发育相关的基因（BMC genomics，2011，2014）；并发现了RBBP-6同源蛋白RBBP-1在线虫性腺发育过程中调控细胞分化的相关机理（PLoS One，2013）。4）受邀撰写了线虫精子激活和以MSP为基础的细胞骨架调控机制的综述文章（Protein & Cell，2012），并为Peter Sutovsky主编的“Posttranslational Protein Modifications in the Reproductive System”一书撰写了精子功能调控的章节（2014）。目前已发表SCI文章7篇，培养1名博士后出站，4名博士生毕业，中青年学术带头人一人（获得杰青资助）。