小鼠支持细胞Rac1基因缺失导致减数分裂异常的分子基础及机制

In spermatogenesis, Sertoli cells provide support, nutrition and signals for spermatocytes, suggesting the critical function of Sertoli cells in meiosis. Previously, we found that Rac1 deletion in Sertoli cells leads to abnormal meiosis, smaller testis in prepubtal mice and infertility in adult males. However, the molecular regulation mechanisms of Sertoli in meiosis are unclear. In this project, we will contine to employ Rac1 conditional knockout mouse model to study the Rac1 function in spermatogenesis. Combining with the Lysine recemase transgenic mice, we will uncover the molecules secreted from Sertoli cells through proteomic and bioinformatic methods. Furthermore, we will sort out the proteins associated with meiosis by functional screening experiments. Our work will reveal the regulation mechanism of Sertoli cells in spermatocytes’ meiosis, and provide new scientific evidence for the precaution, diagnosis and cure of Sertoli cell abnormality-induced oligozoospermia or azoospermia.

精子发生过程中，减数分裂期精母细胞需与支持细胞保持密切联系，以依赖于支持细胞提供的支持、营养和信号作用。我们前期研究发现，支持细胞Rac1基因敲除后，青春期小鼠精母细胞减数分裂异常，睾丸变小且成年小鼠不育。但是支持细胞提供何种信号，如何调节精母细胞的减数分裂，目前尚不清楚。本项目以支持细胞Rac1特异敲除小鼠为模型，利用分子细胞遗传学方法进一步研究Rac1在精子发生中的作用；并在此基础上结合赖氨酸异构酶转基因小鼠模型，利用蛋白质组学和生物信息学等技术，发现支持细胞来源的分子，通过功能鉴定，筛选其中影响减数分裂的分子，以期阐明支持细胞调节减数分裂的分子机理，揭示精子发生异常的新机制；最终为支持细胞异常引起的少精子症、无精子症的预防、诊断和治疗提供科学依据。

本项目通过以条件性敲除小鼠为模型，综合利用遗传学、细胞生物学、分子生物学等方法确定了RAC1在小鼠睾丸中的表达和定位，发现RAC1主要定位于支持细胞中；运用不同的Cre——在精原干细胞中开始发挥重组酶活性的Vasa-Cre和在精原细胞中发挥重组酶活性的Stra8-cre，对生殖细胞Rac1敲除后，发现小鼠精子发生并未受到明显影响，也就是说生殖细胞中的Rac1对精子发生并不是必需的；支持细胞中的Rac1对小鼠精子发生的正常进行发挥着重要的作用，其在支持细胞中的缺失将会导致小鼠不育、精子发生异常；进一步表型分析发现，在12dpp精母细胞发育到偶线期阶段，支持细胞Rac1敲除后精子发生表现出明显的异常，可见支持细胞中的Rac1对于早期精母细胞减数分裂的进行具有重要的作用；对于支持细胞自身，Rac1敲除并不影响自身的细胞周期、成熟和分化，但是支持细胞在曲细精管中的分布则发生了一定变化，且自身细胞结构和向曲细精管内部的纵向延伸结构也发生了破坏；基于转录组数据，我们发现多个基因的表达水平发生了变化，特别是Pnoc的表达水平在在敲除组中明显降低，并且Pnoc产物Nociceptin可部分回复小鼠精子发生的异常表型。通过项目实施，发表SCI论文11篇，参与培养博士生2人和硕士生1人。