六价铬影响小鼠精原干细胞存活的表观调控作用机制

The normal proliferation, apoptosis and differentiation of spermatogonial stem cells are the foundation of spermatogenesis. The rate of male infertility in China is increasing year by year, partly due to the serious air pollution. As one of the components of PM2.5, Cr(VI) can enter the body through a variety of ways and threaten human health. In the previous study, we found that Cr(VI) could affect the histone methylation of spermatogonial stem cells. In this project, we intend to use mouse spermatogonial stem cell line C18-4 to explore the effect of Cr(VI) on the cell survival in vitro. First, we intend to find out which genes of apoptosis pathway is associated with Cr(VI) through the microarray analysis. Afterwards, H3K9 me3/H3K27 me3-ChIP combined with qPCR is employed to screen the genes with differentiated histone methylation from above mentioned genes. The DNA methylation of these differentially expressed genes was also analyzed. Finally, we intend to explore the regulatory role of genes with differentiated histone methylation in the apoptosis pathway through dual luciferase reporter system. This project aims to investigate the mechanism of Cr(VI) induce cell apoptosis through affect the epigenetic modification in mouse spermatogonial stem cells. This project will give new insights and theoretical basis for the precise therapy of male infertility and reproduction injury induced by air pollution.

精原干细胞的正常增殖、凋亡和分化是精子发生的基础。中国男性不育率逐年升高，其中部分源于日渐严重的空气污染。重金属六价铬作为PM2.5的成分之一，可通过多种途径进入机体，威胁人类健康。我们研究发现六价铬可影响精原干细胞组蛋白甲基化修饰。本项目拟以小鼠精原干细胞系C18-4作为研究对象，探究六价铬对体外培养的小鼠精原干细胞存活的影响及机制。本研究拟通过细胞表达谱芯片分析，找到与六价铬有关的凋亡通路基因，利用H3K9 me3/H3K27 me3-ChIP 结合qPCR在上述基因中筛选出组蛋白甲基化修饰差异基因；并分析这些差异表达基因的DNA甲基化；通过双荧光素酶报告实验探究这些发生表观修饰的差异基因在凋亡通路中的调控作用。本项目旨在探究六价铬在小鼠精原干细胞中，通过影响表观遗传修饰引起小鼠精原干细胞凋亡的作用机制，为靶向治疗环境污染导致的雄性生殖损伤和雄性不育提供新思路和理论基础。

20世纪以来，随着重金属铬广泛应用于冶金、电镀涂层、印染、有机合成、皮革鞣制及木材防腐等领域，与之相伴的环境污染问题也越来越严重，大量含六价铬{Cr(VI)}的废水，废渣和废气，由于人为处理不当而被直接排入到生态环境中，严重污染土壤、水体、空气。环境中的铬可通过食物链的富集作用积累在植物和动物体内，最终进入人体，危害人体健康。Cr(Ⅵ)诱导产生的表观遗传学改变在Cr(Ⅵ)发挥细胞毒性机制中发挥重要作用。.表观遗传学是一门研究可遗传的、不需要改变DNA序列的基因功能变化的学科。六价铬诱导的表观遗传学改变的研究主要集中在DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA调控等方面。关于六价铬参与雄性生殖功能异常的表观调控作用机制尚不清楚，六价铬诱导精原干细胞发生凋亡的表观调控作用机制尚未阐明。.项目组圆满完成了项目预期目标，并取得了如下研究成果：.（1）从精原干细胞到其分化的精原细胞水平上，阐明六价铬影响精原干细胞存活是通过调控凋亡相关基因和组蛋白H3K9 me3 和H3K27 me3表观遗传修饰水平变化；.（2）阐明六价铬影响H3K9 me3和H3K27 me3表观遗传修饰的作用机制是通过调控组蛋白甲基化转移酶ESET和EZH2；.（3）基于表观遗传学的可逆性，展示了褪黑激素抵抗六价铬造成的精原干细胞和其分化的精原细胞压力应激反应（DNA 损伤，细胞凋亡，细胞周期阻滞G2/M，细胞自噬等），促进细胞存活的保护作用；.（4）在动物水平上，验证褪黑激素对六价铬造成的雄性小鼠睾丸组织损伤和各级生殖细胞的保护作用，阐述了六价铬对雄性小鼠生育能力的保护作用。.本项目研究结果对于揭示六价铬在小鼠精原干细胞中，通过影响表观遗传修饰引起小鼠精原干细胞凋亡的作用机制具有重要意义，为开发靶向治疗六价铬环境污染导致的雄性生殖损伤和雄性不育提供新思路和理论基础。