Hsp90与共伴侣Cdc37调控人精子获能过程中酪氨酸蛋白激酶家族成员Src活性的分子机制研究

Sperm capacitation is a prerequisite for acrosome reaction, sperm-egg fusion and fertilization under normal physiological conditions. Protein tyrosine phosphorylation is an important signature of sperm capacitation. Heat shock protein 90 (Hsp90) is a highly conserved molecular chaperone, which plays important roles in the maintenance of cell functions, signaling regulation and other important biological functions. In the previous study, we found that geldanamycin, a specific inhibitor of Hsp90, enhances protein tyrosine phosphorylation in human sperm, suggesting the phenomenon is closely involved in tyrosine protein kinase family member Src (Src), which affects capacitation and fertilization. However, the mechanism by which Hsp90 regulates Src in human sperm remains unclear. Therefore, this study will focus on how Hsp90 regulates the Src activity during human sperm capacitation in four perspectives: where cell division cycle protein 37 (Cdc37), Hsp90 co-chaperone protein, in human sperm locates; whether Hsp90 acts by interacting with Cdc37; whether Hsp90 and Cdc37 is phosphorylated by the kinase of PKA and PKC; and how these factors affect the Src activity leading to protein phosphorylation. This study is to clarify the roles of Hsp90 and Cdc37 and the new mechanism by which they regulate the Src activity during capacitation. This study will complement the theory relevant to the regulation of protein phosphorylation int sperm, show new scientific evidence for the diagnosis and treatment of the unexplained male infertility and provide new strategy for the development of male contraceptive drugs.

获能是正常生理条件下精子顶体反应、精卵融合及受精的必要前提，蛋白酪氨酸磷酸化水平是评价精子获能的重要指标。热体克蛋白 90（Hsp90）是一种高度保守的分子伴侣，有维持细胞功能、细胞信号调控等重要功能。我们前期研究发现，Hsp90特异性抑制剂格尔德霉素可增强蛋白酪氨酸磷酸化，提示与酪氨酸蛋白激酶家族成员Src密切相关，影响精子获能及受精，但目前其调控机制不清楚。因此本项目拟围绕Hsp90及Cdc37如何调控人精子获能期间的Src活性，开展四个层面研究：研究精子Hsp90共伴侣Cdc37的定位情况；是否存在Hsp90-Cdc37相互作用；它们有否被PKA、PKC磷酸化；如何调控Src活性从而影响磷酸化水平。旨在揭示Hsp90及Cdc37在获能过程中的作用及其调节Src活性的新机制，填补精子蛋白酪氨酸磷酸化的调控理论，为不明原因性男性不育的诊治提供新的科学依据，为开发男性避孕药物提供新策略。

热休克蛋白90（Heat shock protein 90, Hsp90）是一种高度保守的分子伴侣，具有维持细胞功能、调控细胞信号等重要的生物学功能。我们前期研究发现，Hsp90特异性抑制剂格尔德霉素可影响人精子获能过程中的蛋白酪氨酸磷酸化。由于Hsp90及其共伴侣细胞分裂周期蛋白37（Cell division cycle protein 37, Cdc37）通常参与调控激酶活性，因此在本项目中我们围绕Hsp90和Cdc37在人精子获能过程中的调控作用机制开展了研究。我们按照项目计划书设计的研究内容和技术路线，取得了以下一些新的重要研究结果：（1）发现Cdc37在人精子中表达，间接免疫荧光实验显示其定位于精子颈部与尾部，与我们之前发现的Hsp90在人精子中的定位一致。（2）运用免疫共沉淀实验证实在人精子中，Hsp90可以与Cdc37相互作用，形成蛋白复合物。（3）人精子获能过程中，PKA、PKC特异性抑制剂可减弱Hsp90的丝/苏氨酸磷酸化，证明Hsp90受到PKA、PKC的调控。（4）人精子获能过程中，Hsp90特异性抑制剂17-AAG可降低Src蛋白416位酪氨酸磷酸化水平，表明Hsp90参与调控Src蛋白活性。（5）研究了Hsp90在精子中的棕榈酰化修饰情况，发现随着精子成熟、获能过程，Hsp90棕榈酰化水平增加，表明其棕榈酰化可能与精子成熟及获能等生理过程相关。（6）我们还研究了健康男性精子中囊性纤维化跨膜转导调节蛋白（CFTR）表达率对生育力的预测作用，发现CFTR可成为潜在的预测生育力的指标。这些研究结果为Hsp90和Cdc37在精子获能过程中的作用机制提供新的见解，为深入揭示人类受精机制提供科学依据，为诊治不明原因性男性不育提供新的思路。