组蛋白甲基转移酶Prmt7在雄性生殖细胞发育过程中的功能研究

Epigenetics modification plays important roles in regulating gene expression. The dynamic of epigenetics modification during early stage of germ cell development has been reported previously. However, the exact functions of histone modification in germ cell development is largely unknown. Protein Arginine Methyltransferase 7 (Prmt7) belongs to Prmt family which regulates Histone arginine methylation. The results of immunohistochemistry showed that Prmt7 was abundently expressed in PGCs during early embryonic stage and round spermatids in adult testes. To investigate the function of Prmt7 in germ cell development, Prmt7 conditional knockout mice strain was generated. We found that the testes size was significantly reduced in Prmt7-deficient mice postnatally. Histological study indicated that the testicular cords were normal, whereas the number of germ cell was significantly decreased. Further studies revealed that Prmt7 is required for germ cell proliferation during embryonic stage. We also found that Prmt7 played roles in spermatogenesis, inactivation of Prmt7 in germ cells led to the defect of meiosis. This result indicates that histone modification plays important roles in germ cell development. In the present study, the physiological function and the molecular mechanism of Prmt7 in germ cell development will be explored using gene konckout mice model and other in vitro systems.

在生殖细胞发育过程中表观遗传修饰会发生大规模的去除和重建，包括DNA甲基化，组蛋白甲基化修饰等。但是这些表观遗传修饰在生殖细胞发育过程中的确切生理学功能，目前还不清楚。Prmt7属于蛋白质精氨酸甲基转移酶家族成员，它能催化蛋白底物精氨酸的单甲基化，也可以对称性双甲基化H2A、H4和H3R2等。我们的前期研究发现Prmt7从胚胎发育E10.5天开始在生殖细胞中持续高表达。为了研究Prmt7在生殖细胞发育过程中的功能，我们制备了Prmt7基因的条件性敲除小鼠模型。初步研究发现敲除Prmt7后导致早期生殖细胞增殖过程受到抑制，数量减少。在生殖细胞中特异敲除Prmt7后导致生殖细胞减数分裂过程阻滞，并引起雄性不育。本研究将利用基因敲除的小鼠模型，同时结合细胞和生化方法对Prmt7在生殖细胞发育过程中的功能和作用机制进行系统研究。

配子发生是一个非常复杂的过程，它受到多种内源和外源因子的调控。表观遗传修饰是近年来发现的一种重要的基因表达调控机制，其中包括DNA甲基化、乙酰化、磷酸化，以及组蛋白的甲基化、乙酰化、泛素化等。许多研究都发现表观遗传修饰在组织器官发育和疾病发生等过程发挥非常重要的作用。在生殖细胞发育过程中表观遗传修饰也会发生重要的重建，特别是在生殖细胞发育的早期。Prmt7属于蛋白质精氨酸甲基转移酶家族，以前的研究证实Prmt7可对称性双甲基化组蛋白H3R2，并通过结合WDR5使染色质维持活跃转录状态。我们的前期研究发现Prmt7从胚胎发育E10.5天开始在生殖细胞中特异高表达，一直到成年睾丸的生殖细胞中都能检测到Prmt7的表达。为了系统研究Prmt7在生殖细胞发育过程中的功能，我们制备了Prmt7基因的条件性敲除小鼠模型，对其在生殖细胞发育过程中的功能进行了系统的研究。结果发现，敲除Prmt7导致生殖细胞数量减少，睾丸体积减小。进一步研究证实该基因可能参与早期生殖细胞增殖调控，缺失Prmt5后生殖细胞的增殖过程受到抑制。机制研究发现，Prmt7可能不是通过调控组蛋白的精氨酸甲基化过程参与生殖细胞的发育调控。而是影响了TGF-β信号通路相关基因的表达。敲除Prmt7后，BMP4，BMP5等基因的表达显著降低。此外，我们还利用基因敲除的小鼠模型系统研究了Prmt5在生殖细胞发育过程中的功能，结果显示Prmt5在生殖细胞的发育工程中重要的功能，在早期阶段是PGC存活所必需的，缺失Prmt5导致PGC死亡。在出生后的雄性生殖细胞中敲除Prmt5会导致减数分裂过程不能完成，最终导致雄性小鼠不育。本研究为深入了解表观遗传修饰在生殖细胞发育过程中的功能及作用机制提供了重要信息。