Stra8在男性不育症中的作用及机制研究

Stra8-deficient males were infertile. But the function and mechanism of Stra8 in male infertility remain largely unknown. In previous study, we found that asynapsis or heterosynapsis occurred in Stra8-/- spermatocyte, and many meiosis prophase 1 associated factors were abnormally expressed in Stra8 mutant mice. We speculated that Stra8 may regulate meiotic initiation by direct or indirect cooperating with key transcription factors related with meiotic chromosome cohesion, synapsis and recombination. In this proposal, we will carry out the following experiments in vitro or in vivo: (1) Find out Stra8 downstream targets in chromatin condensation, homological pairing, synaptonemal complex formation and synapsis, DSB repairing and homological recombination. Analyze the association of Stra8 with its target genes. (2) Establish the regulating networks of Stra8 in spermatocyte meiosis prophase 1. Find out the most important targets of Stra8. Analyze the regulation mechanism of Stra8 and its targets. (3) Analyze the correlation of Stra8 and its targets with male infertility. The above studies will help us reveal the function and molecular mechanism of Stra8 in arrest of spermatogenesis. These studies will also provide a theoretical basis and practical possibility for the diagnosis and treatment of male infertility.

Stra8基因敲除雄性小鼠不育，但其致病作用及分子机制尚未阐明。在前期研究中我们发现Stra8基因敲除小鼠出现大量异常染色体表型，同时伴随减数分裂前期1相关基因表达异常。我们推测Stra8可能通过调控与减数分裂前期1染色体核心事件相关的关键蛋白来影响减数分裂的进程。为验证该假说，本项目拟开展下列研究工作：（1）研究Stra8与减数分裂前期1染色质凝集、染色体配对、同源染色体联会、同源重组等相关分子之间的表达及调控关系；（2）构建Stra8下游调控网络，找出下游调控网络中的关键调控蛋白，研究Stra8与关键调控蛋白之间的分子调控机制；（3）验证Stra8及其关键调控蛋白在原发性男性不育症中的作用。这些研究将最终阐明Stra8及其关键调控蛋白在精子发生障碍中的作用机制，明晰其对Stra8介导的减数分裂启动及过程的影响，为男性不育症的诊治提供理论依据。

Stra8基因敲除雄性小鼠不育，提示其在精子发生中发挥至关重要的作用，但其致病作用及分子机制尚未阐明。本研究中我们进一步对Stra8基因敲除小鼠进行了表型分析，结果发现出生后5天到11天，基因敲除小鼠生精小管结构与野生型基本相似，但从12天开始，生精小管中的细线前期精母细胞显著性高于野生型小鼠，而偶线期及其后的各级精母细胞均显著性低于野生型小鼠，表明Stra8基因敲除使精子发生过程阻滞在减数分裂前期I的阶段。进一步研究发现，Stra8基因缺失可导致Rhox10、Nanos3、Oct4、Utf1及Upp1等与精原细胞增生及分化相关分子表达水平的升高，同时可导致与减数分裂前期I相关的Prdm9、Msh5、Dmc1、CCDC155等分子表达水平显著性降低，提示Stra8在精子发生的多个进程中发挥作用，包括SSCs池的维持，精原细胞增殖、自我更新和分化，减数分裂启动等。基于上述发现，我们构建了Stra8在精子发生中的转录调控网络。同时通过分析差异基因的相关表达模式，我们推测Stra8可能通过与Rhox10、Prdm9、Msh5和Egr4等分子相互作用来发挥其启动减数分裂前期I的功能。为探索Stra8与下游关键调控分子的作用机制，我们选择其中Rhox10与Stra8的调控关系进行了深入研究，研究结果发现，Stra8与Rhox10能够相互作用并且在小鼠睾丸组织中共定位。Stra8可能通过结合到Rhox10启动子-1658～−1401 bp区域抑制Rhox10蛋白表达，同时Rhox10蛋白的过表达能反向抑制Stra8蛋白的表达，提示Stra8可能是Rhox10的上游负性调控分子。另外，我们的研究还发现了miR-194-5p等5个与Stra8调控作用相关的小分子RNA，其中miR-194-5p可能通过靶向抑制Stra8表达，进而通过JNK线粒体细胞凋亡信号通路促进生精细胞的细胞凋亡，同时可能通过抑制Stra8表达促进生精细胞的细胞自噬，进而调控精子发生过程。本项目结果初步揭示了Stra8基因缺失所致雄性不育症的机制，为临床男性不育症的病因分析提供理论依据。

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