Slo3基因敲除小鼠精子中残余钾电流与CatSper电流比较研究

申请人最近的工作表明(PNAS,已接受)：pH敏感的Slo3 钾通道能从多方面调控精子的活性，敲除了Slo3基因的雄性小鼠是不育的。比较野生型和Slo3基因敲除型小鼠精子中的钾电流发现，小鼠精子中还存在着另一个pH敏感的钾电流组分，称为残余钾电流(Kres)。然而，有关Kres的分子身份却是未知的。我们假设，此残余钾电流实际上是由CatSper通道介导的。CatSper是特异性表达在精子细胞中、pH敏感的钙通道。我们拟以精子膜片钳技术为核心手段，比较CatSper电流和Kres电流的药理和生物物理特性的异同来判断二者是否由同一种通道介导。此课题具有双重意义：其一，将揭示小鼠精子中除Slo3外是否存在其它的钾离子通道；其二，将为能否以Slo3基因敲除小鼠作为研究开发CatSper通道的在体系统提供实验依据。申请者的研究工作已发表在Nature,NSB,PNAS,JN等杂志上。

深入研究有关控制精子活性的关键分子的特性和作用机制是诊断、治疗男性不育症、开发新型男性避孕药的基础。已知有两种精子特异性离子通道对小鼠精子功能至关重要：Slo3钾通道和CatSper钙通道，二者都在碱性条件下激活。在敲除了Slo3基因的小鼠精子中，生理条件下精子钾电流大大减少。然而，在强去极化时小鼠精子中仍可记录到一个显著的精子残余钾电流。带来的疑问是：精子中除了Slo3是否还存在其它钾离子通道？通过基因敲除、比较残余钾电流和CatSper钙电流的药理特性等方式，本课题试图验证这样一个假设：这个残余钾电流其实是由CatSper钙通道介导的。依赖本基金的资助，我们还试图研究CatSper与KSper的功能差异。主要结果有：1）通过建立Slo3/CatSper双基因敲除小鼠系，证明随着CatSper基因的敲除，原本存在于Slo3单基因敲除精子中的残余钾电流消失，此结果为支持Slo3基因敲除小鼠中的精子残余钾电流由CatSper通道介导这一假设提供了强有力的证据；2）证明辅助亚基LRRC52是构成小鼠精子钾通道KSper的重要组分，敲除LRRC52使精子钾电流更难在生理条件下开放、从而特异性地损害雄性小鼠生殖能力；3）通过设计抗LRRC52抗体，证明LRRC52可能是构成人精子钾通道的分子组分；该抗体特异性地抑制精子钾电流而对钙电流无影响，但能显著抑制精子钙浓度，表明人精子钾通道也是精子钙信号调控的关键因素；4）证明环境因子双酚A在生理可测浓度下通过影响CatSper而不是KSper的表达或功能而损害精子功能；5）发现quinidine对精子残余钾电流和CatSper钙电流抑制作用亲和力的存在显著差异，提示quinidine的抑制作用可能与记录条件有关；6）在筛选能特异地抑制Slo3或CatSper的分子过程中，我们发现中药组分emodin和matrine能显著抑制人精子钙电流与精子功能，提示二者可能是CatSper通道的抑制剂。部分上述结果以及我们对于本领域的思考与认识已经以研究论文或综述的方式发表在PNAS, Journal of General Physiology, Reproductive Toxicology, Cellular Physiology and Biochemistry, Contraception等SCI期刊，部分内容处于论文撰写、专利申请中，