驱动蛋白KIF3A/3B与KIFC1通过转运与调节Wnt和BMP的信号分子促进中华绒螯蟹精原细胞的分裂

The mechanisms underlying Crustacean reproductive system are among the hot spots of current academia concerns. Spermatogonial mitosis and its regulation are vital for maintaining sufficient numbers of mature sperms and fertility. However, the regulation and the precise mechanism of spermatogonial mitosis remain unknown. Previous studies have shown that during animal testis development, Wnt and BMP signaling molecules can promote spermatagonial mitosis, whereas the kinetics are unknown. Our laboratory has obtained the full-length Eriocheir sinensis wnt5a, wnt6, bmp2, kif3a/3b and kifc1 genes, we plan to study the transportation and regulation of Wnt and BMP pathways during E. sinensis spermatogonial mitosis. We have obtained data that KIF3A may participate in Wnt pathways through regulating the distribution of β-catenin. We suppose that kinesins may participate in spermatagonial proliferation and maintaining cell numbers via transporting Wnt and BMP signal molecules. We will use Chinese mitten crab E. sinensis as our animal model, and utilize over-expression, RNA interference, protein interactions, live-cell imaging and CRISPR-Cas9 knockout techniques in this project. Our aim is to reveal that kinesin motors KIF3A/3B and KIFC1 may regulate spermatogonial mitosis via transporting Wnt and BMP signaling molecules. Our study will firstly reveal the kinetic mechanisms of Wnt and BMP signaling molecules during E. sinensis spermatagonial mitosis.

精原细胞有丝分裂及其调控对于维持动物生殖能力至关重要，迄今精原细胞有丝分裂调控及其动力学机制悬而未决。精巢发育过程中Wnt和BMP信号分子可促进动物精原细胞分裂，但其转运动力未知。本项目组已获得中华绒螯蟹Wnt5a、Wnt6、BMP2、KIF3A/3B和KIFC1基因，我们拟研究该物种精原细胞有丝分裂中Wnt和BMP通路的调控及转运机制。本项目组已发现KIF3A通过介导β-catenin核质分布参与Wnt通路调控。我们的工作假设是驱动蛋白可能通过转运Wnt和BMP通路中信号分子促进精原细胞增殖。课题组拟在原代培养精原细胞和活体水平上，使用过表达、RNA干扰、蛋白互作、活细胞成像和CRISPR-Cas9基因敲除技术，研究中华绒螯蟹KIF3A/3B与KIFC1如何通过转运与调节Wnt和BMP信号分子促进精原细胞的分裂。本研究将首次证明精原细胞分裂过程中Wnt和BMP信号分子通路的动力学机制。

精原细胞的有丝分裂过程为动物生殖奠定了基础，目前我们对精原细胞分裂调控机制了解甚少。以往研究表明Wnt和BMP信号通路参与了精原细胞分裂过程的调控，然而其信号通路中关键分子转运机制未知。本课题探讨了中华绒螯蟹马达蛋白KIF3A/3B以及KIFC1参与Wnt和BMP信号通路关键因子调控过程。分别通过活体以及细胞水平干扰技术，敲降中华绒螯蟹体内以及原代培养生殖细胞内KIF3A基因，分析了生殖细胞中β-catenin蛋白的表达以及定位情况；同时利用免疫共沉淀技术探讨了KIF3A和β-catenin蛋白之间的互作情况。其次我们还分析了敲降中华绒螯蟹体内bmp2基因对中华绒螯蟹生殖发育的影响及其机制。结果表明敲降中华绒螯蟹KIF3A显著降低β-catenin的表达，KIF3A可与β-catenin互作参与β-catenin的如何转运进而影响Wnt信号通路。敲降中华绒螯蟹体内bmp2显著增加成熟精子的畸形率，同时可显著降低KIFC1的表达，但敲降KIFC1不影响bmp2的表达。本研究首次证明了中华绒螯蟹KIF3A参与Wnt信号通路中关键因子β-catenin的入核转运，同时证实了BMP信号通路影响中华绒螯蟹成熟精子核形态建成，BMP2通过调节KIFC1影响的表达来维持精子形成，该课题研究成果进一步丰富了我们对中华绒螯蟹精子发生的认识，进一步确定了马达蛋白在中华绒螯蟹精子发生过程中的重要作用。