去乙酰化相关基因Patz1调控小鼠精原细胞发育的分子机制

Spermatogonia proliferation and differentiation are essential for continuous sperm production and male fertility maintainance, which are controlled by dynamic epigenetic regulations. Patz1, a member of POK (POZ and Kruppel) protein family, is implicated in histone deacetylation regulation by interacting with histone deacetylation complex. Our recent work showed that Patz1 expression in mouse testis is highest at postnatal day 6 (PND 6), and is detected in LIN28+ cells and Sertoli cells; Patz1-/- mice were reported infertile with spermatogenesis arrested at spermatogonia stage, suggesting that Patz1 could be implicated in spermatogonia proliferation and/or differentiation. However, the molecular mechanism of Patz1 in spermatogenesis remains unknown. This project aims to use Patz1 conditional knockout in mouse germ cells or Sertoli cells mice as models to explicit whether Patz1 acts in spermatogonia proliferation and/or differentiation directly or indirectly through Sertoli cells; through exploring Patz1’s targeting genes by high through-put genomewide studies, we will explicit the downstream molecular pathways of Patz1. Based on these studies, we aim to illustrate the role of Patz1 in spermatogonia proliferation and/or differentiation, shed light on epigenetic regulations in this process and provide novel insights and research strategies for reproductive defects studies.

精原细胞的增殖和分化保证了精子的持续产生，决定了雄性生殖力的维持，它受表观遗传修饰的精准调控。Patz1是POK（POZ and Kruppel）家族成员，可与去乙酰化酶复合物结合，参与组蛋白去乙酰化的调控。我们前期结果显示Patz1在小鼠睾丸于出生后6天表达最高，且主要表达于支持细胞和未分化精原细胞；Patz1缺失小鼠不育，大多数精小管仅有精原细胞和支持细胞，提示Patz1与精原细胞的增殖和/或分化有关，但其作用机制尚不清楚。本项目拟利用支持细胞或生殖细胞Patz1特异敲除小鼠，研究Patz1在精原细胞还是支持细胞中发挥作用及其作用的具体阶段，通过转录组测序结合染色体免疫共沉淀测序，发现受其调控的靶基因，解析Patz1下游的分子通路；以期阐明Patz1在精子发生过程中的功能和机制，揭示表观遗传修饰在精原细胞增殖和分化中的调控作用，为研究相关不育症的发病机制提供新思维。

精子发生是一个复杂而又高度组织化的过程，在青春期后的哺乳动物中每天可产生数百万的精子，精原细胞的增殖和分化是精子持续产生和雄性生殖能力维持的关键。PATZ1是POK（POZ和Kruppel）蛋白家族成员，与组蛋白去乙酰复合物相互作用，参与组蛋白去乙酰化调控。Patz1-/-小鼠被报道为不育，大多数精小管只有精原细胞和支持细胞，提示PATZ1可能与精原细胞增殖和/或分化有关；我们最近的研究表明，Patz1在小鼠睾丸中的表达在出生后第6天最高，在未分化精原细胞和支持细胞中表达。然而，PATZ1在精子发生中的分子机制尚不清楚。本项目制备了支持细胞或生殖细胞Patz1特异敲除小鼠，研究发现Patz1支持细胞特异性敲除小鼠精子发生无明显异常，表明PATZ1并不通过支持细胞直接发挥作用；Patz1生殖细胞特异性敲除小鼠，其睾丸体重比下降了47%，精子数目下降为对照的~30%，睾丸组织切片显示其睾丸中未分化精原细胞数目减少并伴随部分管道生殖细胞减少，但并未看到之前文章报道的Patz1全身性敲除小鼠的表型，表明，生殖细胞中的PATZ1可能在精原细胞的增殖中发挥一些功能，但并不主要通过生殖细胞直接调控精子发生。以上结果明确了支持细胞中的PATZ1对于小鼠精子发生过程并不是不可或缺的，生殖细胞中的PATZ1在小鼠精子发生过程中可能发挥一定的作用，比如维持未分化精原细胞的增殖，但是这并不是其调控精子发生的主要通路，加深了目前对PATZ1功能的认识，特别是为PATZ1调控精子发生的过程提供了新见解。