精子组蛋白H3磷酸化修饰和泛素化降解与男性不育的表观遗传学研究

人精子仍存留约15% 组蛋白，其量过高将影响男性生育，但有关机制尚不明。已报道酵母菌组蛋白H3表达与其99位点酪氨酸磷酸化以及多泛素化降解有关。我们去年完成的NSFC项目研究结果表明，男性弱精症或少弱精症患者精子组蛋白H3表达及多泛素化水平明显高于正常精子。因此，本项目将进一步应用吖啶橙染色检测分析精子染色质结构与精液分析参数的相关性；免疫荧光染色和免疫印迹杂交检测分析精子蛋白多泛素化降解通路中蛋白酶体和UCHL-3表达与精子形态关系，并测定酶活性强度，以明确组蛋白H3高表达是否因多泛素化降解通路障碍所致；其次，应用质谱分析技术检测精子组蛋白H3磷酸化及修饰位点，免疫荧光染色和免疫印迹杂交检测分析其表达与精子形态关系，以明确组蛋白H3高表达是否因其磷酸化修饰异常所致，从而深入研究男性弱精症或少弱精症患者精子组蛋白H3高表达的分子机制，为男性不育症的诊断与治疗和优生优育，提供新的干预手段。

为明确已结题NSFC项目研究结果即精子组蛋白H3高表达，是与其酪氨酸磷酸化修饰以及多泛素化降解有关，本项目进一步应用吖啶橙染色检测分析精子染色质结构与精液分析参数的相关性；免疫荧光染色和免疫印迹杂交检测分析精子蛋白多泛素化降解通路中蛋白酶体和UCHL-3表达与酶活性强度，以及与精子数量和运动等参数关系；其次，应用免疫印迹杂交检测分析精子组蛋白H3磷酸化水平及修饰位点。在完成上述研究计划并取得预期成果的基础上，进一步检测分析：1）人成熟精子总泛素水平和多泛素化蛋白K48多泛素化链表达变化，以明确多泛素化蛋白种类；2）精子蛋白总磷酸化水平、丝氨酸和苏氨酸及酪氨酸磷酸化水平，以明确精子蛋白磷酸化总体水平和种类；3）JAK2和HP1α表达水平，以探索精子组蛋白H3Y41磷酸化表达调控是否存在JAK2磷酸化信号通路机制。研究结果表明，尽管与正常精子相比，男性不育症患者中弱精症或少弱精症精子染色质结构无显著性差异，但是，其精子组蛋白H3表达明显增高，并与其精子浓度、精子总运动能力、精子前向运动能力呈显著性负相关，而且精子蛋白总泛素水平也明显增高，特别是多泛素化蛋白K48多泛素化链表达水平显著增加，上述结果可能与精子20S蛋白酶体和泛素C末端水解酶UCHL-3表达和酶活性水平显著下降有关。同时，研究结果还显示，男性不育症患者中弱精症或少弱精症精子蛋白磷酸化水平，特别是丝氨酸和苏氨酸以及酪氨酸磷酸化水平明显低于正常精子。但是组蛋白丝氨酸和苏氨酸磷酸化水平无明显变化，而酪氨酸磷酸化水平明显升高，特别是组蛋白H3Y41磷酸化水平明显增高，可能与JAK2 和HP1α表达水平增高有关。该研究成果为深入理解人精子组蛋白H3表达调控的分子机制，以及与男性不育的关系，提供了新的理论基础。