精子发生过程中几个重要基因的研究进展

精子发生过程中几个重要基因的研究进展

【摘要】人类不育影响着大约10%-15%的夫妇。不育的原因夫妇双方各占一半。男性不育的病因很多，其中一部分原因尚不明了。人类的研究初步表明，有2000个以上的基因参与了生精过程。而鉴定精子发生的关键基因以及阐明其功能又是研究精子发生分之机制的核心任务。本文简述了与精子发生相关的年几个关键基因的研究新进展。

【关键词】精子发生沙文基因热休克蛋白干细胞因子

哺乳类动物的精子发生是一个复杂的细胞分化过程，可分为三个阶段：有丝分裂期、减数分裂期和精子形成期。然而这个过程又受许多特异分子及细胞间作用的严格调节，雄性哺乳类个体大致从内源性、相互性、外源性三个层次对这一过程的基因表达进行调控[1]。生精细胞内源性机制调控不同的基因按严格的时间、空间特定表达，以保证精子发生中的关键事件，如减数分裂、精子变态等特异性活动能正常进行。在精子发生过程中有许多睾丸特异性的基因表达，Eddy将之统称为―沙文基因‖(Chauvinist genes)[2]。这些基因具有生精细胞特异性，有的仅仅为生精细胞特异表达，还有的基因是表达特异转录本的基因。这些基因从多个层次对精子发生过程进行调控，最终造就了高度特异的雄性配子。

Mammalian animal spermatogenesis is a complex process of cell differentiation,can be divided into three stages:the duration of mitosis,meiosis and spermiogenesis period.However,this process is affected by many specific molecular and cellular interactions of strict regulation of male mammals, roughly from endogenous,individual interaction,exogenous three levels in the process of gene expression regulation of [1].Spermatogenic cell endogenous mechanisms of regulation of different gene according to strict time,specific spatial expression,in order to ensure spermatogenesis of key events,such as meiosis,sperm perversion and specific activity to normal.In the process of spermatogenesis has many testis-specific gene expression,the Eddy collectively referred to as the"one gene"(Chauvinist genes)[2].These genes with spermatogenic cell-specific,some just for spermatogenic cell-specific expression,and gene is expressed in specific transcription of this gene.These genes from multiple levels on the spermatogenesis process control,finally created a highly specific male gamete.

1 干细胞因子(stem cell factor,SCF)/c-kit系统

干细胞因子(Stem celf actor,SCF)及其受体原癌基因蛋白质(C-kit)之间相互作用对原始生殖细胞迁徙、存活和粘连及其他阶段生殖细胞增殖、分化、减数分裂和细胞凋亡有重要的旁分泌调控作用。大量资料表明，SCF/c-kit系统在原始生殖细胞(Primordial germ cells,PGCs)和其他阶段生殖细胞正常发育中起重要作用人干细胞因子(hSCF)的编码基因外显子6和7编码的穿膜区N端部分有两个酶切位点，这两个位点在转录时经不同拼接，产生2种不同的SCF，即SCFs(可溶型)和SCFm(膜结合型)，分别具有不同信号传导途径和生物学功能[3]。C-kit是一种原癌基因，其表达产物是细胞膜上酪氨酸激酶受体，由975个氨基酸组成，分为膜外区、跨膜区和胞质内区。其膜外区有5个免疫球蛋白(Ig)样结构域，可与SCF特异结合，并引起受体的二聚化及信号转导，从而发挥干细胞因子的生物学功能另外，SCF/c-kit对睾丸生精细胞的增殖、分化也有调节作用。在发育成熟后的睾丸中，支持细胞(Sertoli cel1)是唯一一种能产生SCF的细胞[4]。而SCF在支持细胞中表达，还受到生长调节因子和促卵泡激素的调节。在体外培养的支持细胞中发现FSH能刺激SCF的表达[5]。

2 热休克蛋白HSP70(heat-shock protein 70)

热休克蛋白HSP70家族成员是一类70kD大小的A TP依赖性的分子伴侣，能结合到新生的多肽疏水结构域，帮助新生蛋白进行折叠、转运及装配形成复合体。这类蛋白大多在体内稳定表达或者能在热激或其他压力诱导下表达。小鼠生精细胞表达5种HSPTO蛋白，其中3种蛋白在体细胞中也有表达，另外两种蛋白HSP70—2和HSC70T则在生精细胞中特异表达。HSP70—2蛋白在减数分裂细线期和偶线期都有表达，并且在粗线期精母细胞中高表达，而HSC70T则在减数分裂后的精子细胞中表达。

3 cAMP应答元件调节因子(cAMP response element modulator CREM)

CREM在精子发生中特别是减数分裂后阶段发挥至关重要的作用。CREM是cAMP应答元件结合蛋白(cAMP response element binding protein,CREB)的家族成员，其在睾丸组织内的表达比其他组织高100倍[6]。CREM通过识别并结合到靶基因的CRE上，对靶基因进行转录调。

4 TA TA结合蛋白(TATA-binding protein，TBP)及TBP相似因子(TLF)

在男性生殖细胞中，基因转录除受到如CREM等激活蛋白的调控，同样还需要相应的转录起始复合物结合到基因的转录起始位点。在精子发生过程中，许多基因启动子区都带有TA TA序列，TBP作为转录因子复合物的一员，与TA TA-box特异性结合，激活这些基因的转录。研究发现，TBP的表达在圆形精子期有明显的上调，这一时期基因开始大量转录研究表明，TLF在睾丸中的表达相对于其他组织要高很多，并且TLF缺失的小鼠单倍体精细胞凋亡数明显增加、顶体异常、异染色质中心断裂以及睾丸特异性基因的异常表达，最终导致不育[7,8]。

5 结语

由于生精细胞的发育需要严格的特殊环境，缺少体外培养模型，长期制约着精子发生分子机理的研究。但近年来随着分子生物学技术的快速进展，使得对精子发生相关基因的认识取得了很大的进步。减除杂交、差异显示技术的应用获得了许多与精子发生及成熟相关的基因[9,10]。转基因小鼠及基因敲除小鼠模型的建立鉴定出了许多调节精子发生的基因，促进了对精子发生分子机理的认识。近来发展起来的基因芯片技术可以高通量地研究基因表达特征及大规模快速克隆新基因。RNA干扰技术的建立是研究基因功能快速有效的方法法。有理由相信，随着分子生物学实验技术的不断发展和实验模型的建立，与精子发生相关的重要基因的将不断被发掘，对其深度的研究也将大大加强。

参考文献

[1]Eddy EM.Male germ cell gene expression. Recent Progress in Horm one Research,2002,57(1):103-128.

[2]Eddy EM.Chauvinist genes of male germ cells:gene expression during mouse spem mtogenesis.Reprod Fertil Dev,1995,7(4):695-704.

[3]Anderson DM,Lyman SD,Daird A,et a1.Molecular cloning of mast cell growth factor,a hematopoietin that is active in both menbranebound and soluble form s.Cell,1990,63,235-243.

[4]李泽延,桂耀庭,蔡志明.精子发生中几个关键基因的研究进展.国际泌尿系统杂志,2006,26(2):240-244.

[5]Y an W, Linderborg J, Suominen J, et a1. Stage specific regulation of stem cell factor gene expression in the rat seminiferous epithelium. Endocrinology, 1999, 140: 1499-1504.

[6]Krausz C, Sassone-Corsi P. Genetic control of sperm iogenesis: insights from the CREM gene and implications for human infertility. Reprod Biomnd Online, 2005, 10(1):64-71.

[7]Zhang D,Penttila TL,Morris PL,et a1.Sperm iogenesis deficiency in mice lacking the Trf2gene.Science.2000,292:1153 -1155.

[8]Martianov I,Fimia GM,Dierich A,et te arrest of spermiogenesis and germ cell apoptosis in mice lacking the TBP–likeTLF/TRF2 gene.Mol Cell,2001,7:9 -15.

[9]Li P,Chan HC,He B,et al.An antimicrobia1 peptidegene found in the ma le reproductive system of rats.Science,2001,291(5509):1783-1785.

[10]Fujii T,Tamura K,Masai K,et e of stepwise subtraction to comprehensively Isolate mouse genes whose transcription is up-regulated during spermiogenesis.EMBO,Rep,2002,3(4):367-372.转