睾丸支持细胞蛋白质异戊二烯化通过影响血睾屏障的结构与功能调节精子发生的机制研究

The function of Sertoli cell is very important for mammalian spermatogenesis. Besides the nutrition support and endocrine regulation, Sertoli cells build a critical physical structure for the maintenance of immune privilege inside seminiferous tubules: blood-testes barrier (BTB). We found that the inhibition of protein prenylation in Sertoli cells disturbed the immune privilege in pubertal mice and resulted in adulthood infertility because of the loss of spermatogonia. And the BTB was also damaged and the morphology of testes is Sertoli cell only syndrome like NOA patients. Although the spermatogonia in the basement compartment recovered gradually in adult testis, the spermatogenesis is still blocked at spermatocyte stage. In this project, we will further examine the difference of the structure and function of BTB and cell junction between Sertoli cells and Sertoli cell and developing spermatocytes in adult and pubertal mice. The gene expression and membrane translocation of cell junction proteins dependent on prenylation regulated Ras/MAPK and Rab activity was also studied to explore the underline molecular mechanism. We will also try to find the possibility that BTB as a therapeutic target for NOA treatment.

支持细胞对精子发生至关重要。除了营养支持和内分泌调节，支持细胞还形成生精小管免疫特权重要保证的物理结构：血睾屏障。我们在上一个国家基金的工作中发现，抑制支持细胞的蛋白质异戊二烯化破坏了青春期小鼠睾丸的免疫特权而导致雄性不育，同时也引起血睾屏障的破坏，生精小管出现非梗阻性无精症类似的表型。进一步发现，成年后小鼠基底腔的精原干细胞数量逐步恢复，但是精子发生仍被阻滞在初级/次级精母细胞阶段，提示蛋白质异戊二烯化可能通过血睾屏障影响精子发生。本项目将利用支持细胞特异敲除蛋白质异戊二烯化的调节基因Ggpps的小鼠模型，比较成年和幼年小鼠睾丸支持细胞间血睾屏障和支持细胞与不同发育阶段生殖细胞间细胞连接的结构与功能改变，并从蛋白质异戊二烯化修饰通过Ras/MAPK影响细胞连接蛋白表达，以及通过Rab影响细胞连接蛋白膜泡运输上膜的角度研究其中的分子机制，同时探讨以血睾屏障障碍为靶点治疗NOA 的可能性。

非梗阻性无精子症 (NOA) 严重影响男性不育症，然而，这种疾病的深层机制是很少被解释的。在这项研究中，我们发现未分化的精原干细胞（SSCs）仍然存在于基底细胞中。曲细精管的隔室和由相邻支持物相互作用形成的血睾丸屏障（BTB）生精成熟停滞的 NOA 患者的细胞 (SC) 不完整。 SCs和生殖细胞之间的粘附(GC) 在 NOA 患者中也被破坏。同时，香叶基香叶基二磷酸合酶（Ggpps）的表达水平，NOA 患者中甲羟戊酸代谢途径中的关键酶低于阻塞性无精子症 (OA) 患者。在 SCs 中特异性缺失 Ggpps 后，小鼠不育并且 SC-Ggpps-/- 小鼠的表型类似于NOA 患者，BTB 和 SC-GC 粘连被严重破坏。虽然 SSCs 仍然存在于基底在 SC-Ggpps-/- 小鼠中发现生精小管的隔室，成熟的精母细胞和精子细胞较少。进一步检查表明该缺陷是由 RhoA 和 Ras 家族的异常蛋白质异戊二烯化介导的Ggpps 删除后。令人兴奋的发现是，当敲除小鼠被注射小檗碱时，异常细胞粘连得到改善，精子发生部分恢复。我们的数据表明，中断的重建BTB 是一种有效的治疗 NOA 患者生精成熟停滞和生精不足的策略。