Wdr62在小鼠生殖细胞减数分裂过程中的功能及作用机制研究

Germ cells are unique in undergoing meiosis to generate oocytes and sperm. Currently, meiosis is one of hot topic in the field of reproductive biology and developmental biology. It is very important to elucidate the molecular mechanism of meiosis regulation in basic theory and clinical application. Wdr62 (WD40-repeat containing 62) gene encodes a protein with multiple WD40 repeats at the N-terminal， which contains 1523 amino acids . Mutation of Wdr62 is associate with autosomal recessive primary microcephaly (MCPH) in human patients. To investigate the functions of Wdr62 in germ cell development, we generated Wdr62 gene knockout mouse strain. Wdr62-deficient mice were grossly normal, but both males and females were infertile. Further studies revealed that massive germ cell loss was observed at E13.5 in Wdr62-deficient females. Whereas, germ cell loss was evident in males at 3 days after birth. We also found that the expression of meiosis related genes was completely absent in Wdr62-deficient germ cells in both males and females, suggesting that Wdr62 is involved in germ cell development by regulating meiosis initiation. In the present study, the physiological function and the molecular mechanism of Wdr62 in germ cell development and meiosis initiation will be explored using gene konckout mice model and other in vitro systems.

减数分裂是生殖细胞特有的一种分裂方式，它是配子发生过程中的一个关键环节，目前已经成为生殖生物学和发育生物学领域的研究热点。阐明减数分裂调控的分子机制在基础理论和临床应用方面都具有非常重要的意义。Wdr62基因编码一个包含多个WD重复序列的蛋白，该基因突变导致人类原发性小头畸形（MCPH）。我们的前期研究发现Wdr62从胚胎E10.5天开始在生殖细胞中持续高表达。为了研究Wdr62在生殖细胞发育过程中的功能，我们制备了Wdr62的基因敲除小鼠模型。初步研究发现敲除Wdr62后导致雌性小鼠生殖细胞在胚胎E13.5天开始大量死亡，而雄性小鼠的生殖细胞在出生后3-5天丢失。进一步研究发现缺失Wdr62后生殖细胞不能启动减数分裂，提示该基因在减数分裂过程中发挥重要作用。本研究将利用基因敲除的小鼠模型，同时结合细胞和生化方法对Wdr62在生殖细胞减数分裂过程中的功能和作用机制进行系统研究。

Wdr62基因是WD40基元重复蛋白家族的一员。最早作为JNK信号通路支架蛋白被发现。临床研究发现，该基因突变与人类小头畸形综合征具有非常高的相关性，因此确定其为人类小头畸形综合征基因MCPH2的功能性基因。我们的前期研究发现WDR62在胚胎期和成年期小鼠生殖细胞中均有表达，提示Wdr62基因可能在生殖细胞发育过程中有重要作用。为了进一步研究Wdr62基因在生殖细胞发育过程中的功能，我们构建了Wdr62基因敲除的小鼠模型。结果发现敲除Wdr62的小鼠能够正常发育，但成年的雌鼠和雄鼠均表现为不育。缺失这个基因以后生殖细胞不能正常启动减数分裂过程，减数分裂的相关基因都不能表达，进一步体外研究证实，Wdr62本身不能诱导减数分裂关键启动基因Stra8的表达，但是它能够促进视黄酸RA诱导的Stra8表达。器官培养实验发现，过量RA不能诱导Wdr62敲除的睾丸生殖细胞表达减数分裂相关基因。说明Wdr62是调控生殖细胞减数分裂启动的一个关键內源因子。进一步研究发现，Wdr62是通过激活下游的JNK信号通路参与减数分裂的调控。在敲除Wdr62的生殖细胞过表达JNK1能够挽救生殖细胞的发育，使得敲除小鼠获得生育能力。.我们的研究还发现Wdr62敲除的雄性小鼠生殖细胞在出生后大量丢失，但是在随后的发育过程中，生殖细胞的数量逐渐恢复，但是附睾中没有成熟的精子。研究发现，缺失这个基因以后雄性生殖细胞的第一波减数分裂不能起始，从而导致出生后生殖细胞大量丢失。随后从精原干细胞起始的减数分裂起始没有影响，但是生殖细胞阻滞在第一次减数分裂的中期。进一步研究发现，导致减数分裂中期阻滞的主要原因是纺锤体形态异常，从而导致生殖细胞发生中期阻滞。通过免疫共沉淀的方法筛选发现一个与Wdr62相互作用的中心体结合蛋白Cep170，进一步体外试验证明他们之间存在相互作用。以前的研究证明Cep170参与中心体的组装，调控纺锤体的结构。因此我们的研究证明Wdr62通过与Cep170相互作用从而参与生殖细胞减数分裂的调控。