长链非编码RNA调控线虫精子发生、激活和运动的机制研究

Recent studies have shown that the long non-coding RNAs (lncRNAs) have been involved in various biological activities and closely related to various diseases. In C.elegans, about 170 polyadenylated lncRNAs have been identified. However, these lncRNAs’ mechanistic functions are unclear. Our previous study has identified 8 novel lncRNAs (Spnc1-8) from sperm transcriptome in C.elegans, and found spnc-7 and linc-40 expression were spermatogenesis-specific, suggesting these lncRNAs might play important regulating roles in C.elegans sperm functions. In this project, we will continue to identify the novel lncRNAs involving sperm development and study the lncRNAs’ functions in the spermatogenesis and sperm activation. We will investigate the proteins, DNA or RNA molecules interacting with the identified lncRNAs, and analyze target genes regulated by lncRNAs. Moreover, we will study the regulatory mechanism of lncRNA on their target genes, and find the pathways modulating sperm development by these target proteins, and reveal the signal networks of lncRNA/proteins-target genes regulating C.elegans spermatogenesis and sperm activation. The expected results might not only fill the gap of study on lncRNA in C.elegans sperm development and fasten lncRNA studies progress, but also be useful to explore the molecular mechanism of sperm development, helping develop new strategies to enhance human reproductive success.

近年来大量的研究成果表明lncRNA是许多生命过程中富有活力的参与者，与细胞生长分化、肿瘤发生等生理病理过程都有着密切联系；模式生物C.elegans中已有170个lncRNA被发现，但这些lncRNAs的功能研究却未见任何报道。我们在C.elegans精子细胞中进行转录组分析已鉴定到8个精子发育相关的lncRNAs(spnc1-8),并得到两个精子发生特异表达的lncRNAs spnc-7和linc-40，本项目将在此基础上继续鉴定参与精子发育分化的lncRNAs，研究lncRNA对精子功能的影响，分析其调节精子发生和激活运动的作用位点和受其调节的靶基因，全面探讨lncRNA及其相互作蛋白调控线虫精子发育分化的分子网络。预期结果不仅填补了lncRNA在线虫精子发育研究中的空白，促进了lncRNA的研究进展；而且对于揭示精子发育的分子机理，维持生殖健康，治疗不育等具有重要的理论指导意义。

精子发育是一个极其复杂的事件，包括减数分裂（精子发生）、精子形变分化为高度特化的精子（精子激活）以及精子运动和受精能力的获得三个主要阶段，其中任一阶段失调都将导致雄性不育。多项研究表明lncRNA参与细胞生长分化，肿瘤发生等多个生理病理过程，但由于lncRNA种类繁多，关于其在各个生理过程中的功能调控还知之甚少，尤其是在线虫精子发育中的研究更是未见报道。本项目一方面针对C. elegans线虫中表达的lncRNA进行功能鉴定分析，确定参与精子发育的lncRNA并探讨其调节精子发育的可能机制；另一方面全面研究线虫精子发育的调节网络，鉴定新的功能未知蛋白并展开相关的调控机理研究，目前获得如下成绩：1）在C. elegans中鉴定到一个生殖腺特异表达的锌离子转运蛋白ZIPT-7.1，分析了该蛋白调节精子细胞Zn2+平衡的分子机理并确定了ZIPT-7.1调节精子激活的信号通路（Zhao et al., PLoS Biology，2018）。2）揭示了组蛋白二甲基化修饰对线虫衰老与精子发育的调控作用，鉴定并解析了组蛋白二甲基转移酶SET-18调控线虫衰老的信号通路（Su et al., Cell Reports，2018）。3）探讨了线虫精子激活过程中钙信号的调控机理，发现精子细胞酸性膜器官MO为胞内钙库调节精子激活和运动能力的获得，锌离子转运蛋白ZIPT-7.1影响了MO中钙离子储存进而影响锌离子诱导的精子激活及激活精子运动能力的获得，进一步阐述了ZIPT-7.1蛋白调控精子激活运动的网络机制，相关结果正在投稿之中。4）鉴定并解析钠钾ATPase复合物在精子激活过程中细胞定位发生极性分布，调节胞内离子平衡和细胞运动的分子机制，相关结果正在投稿之中。5）鉴定并解析RNA结合蛋白PRP-38在线虫精子发生中的调控机制，解析了PRP-38调控精子发生的分子网络，相关结果正在整理投稿之中。6）受邀撰写了piRNA与精子发生相关的综述论文，发表于遗传杂志（Yuan and Zhao，2017）。目前已发表影响因子大于8的SCI论文两篇，综述1篇，另有3篇研究论文正在撰写投稿之中。