NRF1在雄性原始生殖细胞发育中的作用及分子机制

As the resource of sperm, the development of male primordial germ cells is regulated by many factors. Nuclear Respiratory Factor 1 (NRF1) has a classic role in mitochondrial biogenesis and energy production as a nuclear DNA coded transcription factor. Many germ cell genes have the binding sequence of NRF1 on their promoters which suggest NRF1 and mitochondria energy metabolism could participate in the regulation of their expression. Primordial germ cells undergo the erasure and rebuilding of DNA methylation during the development. NRF1 could regulate the expression of DNA methyltransferase 1, which suggest NRF1 might participate in the dynamic process of DNA methylation. We will study the function of NRF1 and mitochondria metabolism during the development of primordial germ cells through NRF1 conditional knock out mouse. At the same time, we will find out the relation between NRF1 and DNA methylation on the regulation of germ cell genes expression. We will research the effect of NRF1 and mitochondria metabolism on the differentiation of pluripotent stem cells to primordial germ cells.

作为精子的来源，雄性原始生殖细胞的发育过程受到很多因素的调节。核呼吸链因子1(Nuclear Respiratory Factor 1，NRF1)作为一个转录因子在线粒体形成和能量产生中具有重要的作用，同时在许多生殖相关基因的启动子区都富含NRF1的结合序列，暗示着NRF1以及线粒体代谢可能参与到这些基因的表达调控过程。原始生殖细胞在发育过程中经历了DNA甲基化的擦除和重建，而DNA甲基转移酶DNMT1可以受到NRF1的调节，暗示着NRF1可能参与到DNA甲基化的动态变化过程中。我们将通过构建NRF1在雄性原始生殖细胞中敲除小鼠的方法，来确定NRF1及线粒体代谢对于雄性原始生殖细胞发育所发挥的作用，同时将进一步研究NRF1和DNA甲基化修饰在生殖基因表达调控方面的相互关系。我们也将在体外利用多能性干细胞向原始生殖细胞分化的模型，探讨NRF1及线粒体代谢对于多能性干细胞向生殖细胞分化的影响。

作为精子的来源，雄性原始生殖细胞的发育过程受到很多因素的调节。核呼吸链因子1(Nuclear Respiratory Factor 1，NRF1)作为一个转录因子在线粒体能量代谢中具有重要的作用，同时在许多生殖相关基因的启动子区都富含NRF1的结合序列，暗示着NRF1可能参与到这些基因的表达调控过程。在我们的研究中，我们发现NRF1在雄性小鼠原始生殖细胞里面已经开始表达，并且其表达随着发育的进行越来越强。我们通过构建NRF1在雄性原始生殖细胞中敲除小鼠的方法，发现NRF1的缺失将显著影响原始生殖细胞的发育，降低生殖基因的表达，原始生殖细胞的增殖受到阻滞并发生细胞凋亡，最终引起雄性小鼠的不育。在胚胎干细胞体外分化体系中，通过过表达NRF1可以促进其向原始生殖细胞的发育并促进生殖基因的表达；NRF1的缺失将影响胚胎干细胞向原始生殖细胞的发育并抑制生殖基因的表达。我们的结果突出揭示了NRF1作为一个转录因子在雄性小鼠原始生殖细胞中的一个新的、重要的作用，为治疗不孕不育提供了一个新的思路。