雄激素/雄激素受体对睾丸基因以及microRNA表达调控的分子机制研究

The testis is the most important reproductive organ responsible for spermatogenesis and the secretion of androgen. Androgen and androgen receptor (AR) play key roles in testicular spermatogenesis. Some teticular genes regulated by androgen/androgen receptor has been reported, but little is known about the detailed regulatory mechenisms. Until now, AR regulation on microRNA expression in testis remains unclear. In this study, we will firstly search androgen regulated genes and microRNAs in adult mouse testis using microarray method, and then globally map the AR binding sites using ChIP-seq and identify AR direct target genes and microRNAs under physiological conditions in adult mouse testis. Subsequently, systematic bioinformatics analysis and relevant experiments will be conducted to decipher the detailed AR regulatory mechanisms and elucidate the AR regulated signal pathways involved in spermatogenesis. Collectively, through this study, we will initially clarify the integrated AR regulatory network in testis under physiological state, and furthermore, our results will be expected to shed new light on the clinical diagnosis and treatment for oligoasthenospermia/azoospermia and the development of contraceptives.

睾丸是男性最主要的生殖器官，是精子发生以及雄激素分泌的场所。雄激素及雄激素受体（androgen receptor，AR）在睾丸精子发生过程中发挥着关键调控作用。睾丸内受雄激素及AR调控的基因已有些许报道，但具体的调控机制至今仍所知甚少；雄激素及AR对睾丸microRNA的表达调控也还未见报道。本研究将首先利用基因以及microRNA表达谱芯片鉴定成年小鼠睾丸内受雄激素调控的基因以及microRNA,然后采用染色质免疫沉淀-测序技术（ChIP-seq）在全基因组水平鉴定睾丸生理状态下的AR结合位点，明确AR直接调控的靶基因以及靶microRNA。并通过系统的生物信息学分析以及相关实验来阐明AR发挥调控作用的分子机制，及其在睾丸内调控的与精子发生有关的信号通路。通过本研究，我们将初步阐明AR在睾丸生理状态下的综合调控网络，有望为少弱精子症和无精子症的临床诊治及避孕药的研发提供新靶点和新线索。

雄激素/雄激素受体信号通路在睾丸的精子发生和附睾的精子成熟过程中均发挥着至关重要的作用。雄激素的作用是由雄激素受体（androgen receptor, AR）介导的。AR是一种转录因子, 属于核受体超家族成员,一旦被雄激素激活, 便进入靶细胞的核内，以高专一性、高亲和力与雄激素应答元件（androgen response element, ARE）结合以调控基因转录。本研究中，我们利用体内和体外实验研究了雄激素/AR通路对睾丸和附睾基因表达的调控。结果如下：1）首次报道了睾丸生理状态下的AR 结合位点。ChIP-PCR以及ChIP-qPCR结果表明，附睾头部的10个AR结合位点有4 个在睾丸有富集，另外6 个没有富集。说明睾丸和附睾的AR 调控机制既有共性也有不同。2）ChIP-PCR及ChIP-qPCR检测了体外实验报道的AREs在睾丸生理状态下与AR 的结合情况，结果发现，在检测的总共6 组ARE中，只有2个得到了有效富集。这些结果表明，我们睾丸组织的ChIP 实验是对之前体外实验结果的深入，纠正和补充。3）利用睾丸阉割和雄激素补充模型，我们发现Caveolin-1基因的表达受雄激素的负调控。ChIP-PCR及ChIP-qPCR鉴定到两个Caveolin-1相关联的AR结合位点，并且这两个位点与AR的结合响应于雄激素的刺激。以上结果表明，Caveolin-1在小鼠附睾内是AR的一个直接靶基因。4）利用睾丸阉割和雄激素补充模型和real-time RT-PCR，我们发现附睾头部23个beta-defensin对雄激素显示出不同的响应性。Defb18, 19, 20, 39, 41, 42受雄激素的完全调控。 Defb15, 30,34,37,40,45,51,52 和Spag11a受雄激素的部分调控。 Defb15, 18, 19, 20, 30, 34, 37, 39, 41, 42, 22 和Spag11a 在其启动子区域或者内含子区域均含有AR结合位点，表明它们可能是AR的直接靶基因。Defb1,12,13,29,35 和spag11b/c 完全不受雄激素的调控，同时也不受睾丸因子的调控，而Defb25不受雄激素的调控，但是受到了睾丸因子的调控。这些研究结果为理解雄激素/AR在小鼠睾丸和附睾内的调控机制提供了新的角度。