Stra8及其相互作用蛋白Setd8在精子发生中的作用机制

Stra8 is essential for spermatogenesis. Stra8-knockout males are infertile. But the molecular machanism of Stra8 during spermatogenesis remains elusive.Using yeast two-hybrid system, we identified Setd8 as a novel interacting partner of Stra8. Setd8 is the sole histone methytransferase responsible for the monomethylation of histone H4 lysine 20(H4K20me1).The depletion of Setd8 resulted in profound cell cycle defects.It is vital to cell viability. In this proposal, studies will be carried out from the following four aspects: 1) Analysis the interaction between Stra8 and Setd8. 2)Analysis the roles of Stra8 in proper cell cycle progression, the DNA damage response and gene transcription in vitro. 3)Analysis the functions of Stra8 in cell cycle, DNA damage response and transcription regulation during meiosis in vivo. 4)Analysis the correlation of Stra8 with male infertile. The above series of studies will reveal the molecular funtions of Stra8 during spermatogenesis by interacting with Setd8. These studies will provide a theoretical basis and practical possibility for the diagnosis and treatment of male infertility.

Stra8在精子发生过程中至关重要，Stra8基因敲除小鼠表现为雄性不育，但Stra8的分子作用机制至今尚未阐明。应用酵母双杂交技术，我们筛选出一个与Stra8相互作用的蛋白-Setd8。Setd8是目前发现的唯一一种H4K20单甲基化酶，其缺失可致细胞周期阻滞等严重发育障碍，因而在细胞中发挥极为重要的作用。为此，本项目拟开展以下四方面的研究：1）Stra8与Setd8相互作用机制分析。明确两者之间的转录调控关系，确定两者相互作用的关键区域；2）研究体外培养生精细胞中Stra8在细胞周期、DNA损伤修复及转录调控三方面的作用机制；3）在体研究减数分裂前生精细胞中Stra8在细胞周期、DNA损伤修复及转录调控三方面的的作用机制；4）研究Stra8与男性不育症之间的相关性。通过上述系列研究，揭示Stra8和Setd8调控精子发生的分子机制，为男性不育症临床诊断和治疗提供理论基础和实践的可能性。

Stra8在精子发生中发挥重要作用，但其作用机制尚不清楚。前期工作中我们筛选了一个与Stra8相互作用的蛋白Setd8。本项目通过一系列的研究探讨了Stra8通过与Setd8相互作用调控精子发生的机制。首先通过双荧光素酶实验证明了Stra8与Setd8能进行相互转录调控，且Stra8蛋白能够增强Setd8的转录活性。进一步研究了Stra8与Setd8相互作用的区域，结果发现，两种蛋白的任何一个截短的区域都不能单独发生相互作用，提示：Stra8与Setd8可能是通过两个分子整体进行相互作用的。其次，我们构建了Stra8过表达精原细胞株，并利用此细胞模型探讨了Stra8对细胞功能的影响，结果发现，Stra8能够抑制生精细胞的凋亡，其抑制凋亡可能通过AKT/MAPK信号通路相关分子来进行调控的。同时，我们建立了精原细胞细胞周期同步化方法，并在此基础上分析了Stra8、Setd8及H4K20ME1的表达和亚细胞定位，结果发现，在细胞周期的不同阶段这三种分子的表达具有规律性，同时，其在精原细胞的胞质和胞核中穿梭。推测其可能通过亚细胞定位的改变发挥转录调控作用。最后，我们构建了VAD及VAD恢复小鼠模型，并应用小鼠模型动态观察Stra8、Setd8及H4K20ME1的表达变化，同时，对细胞周期相关分子、DNA损伤修复相关分子、细胞凋亡相关分子等进行了表达分析，结果这些分子都发生了规律性的变化，上述结果提示，Stra8表达水平降低所导致的精子发生障碍可能是通过Setd8作用于H4K20单甲基化后影响细胞周期、DNA损伤修复及细胞凋亡等相关分子的转录及翻译所导致的。本项目研究结果初步揭示了Stra8通过与Setd8相互作用的调节精子发生的机制，为临床男性不育症诊断和治疗提供了可能的靶标，因而具有较为重要的理论和实践价值。