NH3/H2S暴露损害精子发生及跨代遗传的lncR-A调节机制

The male fertility has declined recently which might be caused by the severe environment pollution (PM2.5, PM10, and poison gases) produced by intensive animal farming. Many publications have reported that particle matters and poison gases harm the animal reproductive systems however the underlying mechanisms are not understood yet. NH3 and H2S are the most two gases released from the farms. In our preliminary study, we have found that NH3/H2S posed adverse effects on swine spermatozoa. In this project, mouse model will be used to investigate how NH3/H2S damage the spermatogenesis, how this phenomenon can be transgenerational inherited and the roles of lncRNAs in this process. Knockdown or overexpression of the special lncR-A or/and knockdown/overexpression lncR-A target gene B in the mouse spermatogonia cells (GC1-Spg cell line) will be applied to explore the roles of lncR-A in spermatogenesis especially in NH3/H2S caused abnormal spermatogenesis. The impacts of the interaction of lncR-A and target gene B on lncR-A binding protein and the proteins involved in spermatogenesis will be explored. Then, knockdown of lncRNA in the zygotes (spermatozoa from NH3/H2S treated male and eggs normal female mice) or overexpression of lncR-A in the normal zygotes (spermatozoa from normal male and eggs normal female mice) will be used to validate the role of lncR-A in spermatogenesis and transgenerational inheritance. The findings from this project will provide fundamental knowledge for the decline in the male fertility (Asthenospermia/ oligospermia).

近期，雄性动物的繁殖力呈现显著下降趋势，空气污染可能是主要原因之一。研究报道空气微粒及有毒气体危害了动物生殖系统，但其作用机理尚不清楚。针对我们前期研究所发现的氨/硫化氢暴露对猪精液品质的损害，本项目将以公鼠为模型，深入探究氨/硫化氢暴露损害精子发生的作用途径，分析长链非编码RNA（lncRNA）参与调节氨/硫化氢暴露损害精子发生及在该损害跨代遗传中的作用，挖掘参与调节的关键lncRNAs，并通过体外细胞降低或超表达实验验证lncR-A或（和）关联基因B在氨/硫化氢暴露损害精子发生过程中的作用，探究它们的互作关系及对lncR-A结合蛋白、精子发生过程重要调节蛋白的影响。此外，利用动物实验通过降低或超表达lncR-A验证其在氨/硫化氢暴露损害精子发生及跨代遗传中的作用，以期为动物繁殖力下降（弱精/少精症）等难题提供理论依据。

近十几年来，世界范围内动物的生殖系统疾病增多导致繁殖力不断下降，而且大量的研究发现，农业动物的生产性能也有下降的趋势，环境污染物可能是其罪魁祸首。研究报道空气微粒及有毒气体危害了动物生殖系统，但其作用机理尚不清楚。针对我们前期研究所发现的氨/硫化氢暴露对猪精液品质的损害，本研究以公鼠为模型，首先解析了氨/硫化氢处理危害精子发生及雄性动物繁殖力的机理，发现氨/硫化氢处理导致动物精液品质下降，而且睾丸激素生成蛋白表达降低，细胞间连结蛋白紊乱，进而导致雄性动物繁殖力降低。氨/硫化氢处理危害精子发生的现象可以跨代遗传（3代）。深层机理研究发现，表观遗传因素（DNA甲基化、组蛋白甲基化、lncRNA）在这种跨代遗传中起到关键作用。然后我们针对lncRNA进行了深入研究。氨/硫化氢导致小鼠精子中lncRNA表达的变化，发现了2个有意思的lncRNA为lncRNA5251和lncRNA8276，这2个lncRNA在氨/硫化氢处理后（F0）的3代小鼠（F0, F1, F2）变化趋势一致，lncRNA5251在3代小鼠精子中都升高而lncRNA8276在3代小鼠精子中都降低。然后通过分别睾丸特异抑制或超表达这2个lncRNA来研究它们在精子发生中的作用，发现抑制lncRNA8276的表达降低了精液质量，而且这种现象可以遗传给后代F1小鼠；超表达lncRNA5251导致精液质量下降，而且也可以遗传给后代。进一步研究发现改变这2个lncRNA的表达都导致动物睾丸细胞间连结蛋白紊乱，从而导致精子发生紊乱。体外细胞实验（精源干细胞C18-4）也证实了，改变这2个lncRNA的表达影响了细胞间连结蛋白的表达。这些结果验证了氨/硫化氢处理影响动物睾丸细胞间连结蛋白的表达从而导致精子发生紊乱，同时也证实lncRNA在精子发生中起到重要的作用。总之，本项目顺利完成既有任务，按照研究计划，明确了lncRNA在氨气/硫化氢危害动物精子发生和雄性繁殖力的作用及机制，丰富了我们对lncRNA在精子发生中调控机制的认识，为动物繁殖力下降（弱精/少精症）等难题提供理论依据，为雄性不孕不育的治疗提供一种新的策略和技术支撑。