miRNA-449与miRNA-34b/c对精子发生调控机制的研究

We have recently demonstrated that both miRNA-449 and miRNA-34b/c were abundantly expressed in the mouse testis, suggesting they may play critical roles in spermatogenesis. However, miR-449 knockout mice (miR-449-/-) or miR-34b/c knockout mice (miR-34b/c-/-) have normal phenotypes in both testis and epididymis, and these knockout mice possesse normal fertility under controlled lab conditions. How about their phenotypes under stress conditions? It is not clear up till now. We also found that the expression levels of miR-34b/c were increased in miR-449-/- mice. In addition, miR-449 and miR-34b/c shared the same "seed sequence" and targeted the same set of mRNAs,which may reflect a compensatory effect. In this project, we will first explore the phenotypes and the mechanisms of the miR-449-/- mice and miR-34b/c-/- mice under stress conditions such as heat shock,nerveness,and radiation. Secondly, we plan to generate miR-449 and miR-34b/c double knockout mice (miR-449-/- & miR-34b/c-/-) to unveil the potential phenotypes and mechanisms. Finally, we will uncover the molecular mechanisms of miR-34b/c compensatory role in miR-449-/- mice. This project aims to elucidate the mechanisms by which miRNAs, specifically miR-449 and miR-34b/c, control mammalian spermatogenesis, and it will also offer new diagnostic biomarkers and a potential novel strategy for male infertility treatment.

我们前期的研究发现，miR-449与miR-34b/c均高表达于小鼠睾丸，提示其在精子发生中发挥重要作用。但在实验室常规环境下，miR-449-/-与miR-34b/c-/-小鼠的表型正常。其在应激条件下表型如何？目前尚无报道。此外，miR-34b/c在miR-449-/-小鼠睾丸中代偿升高，且miR-449和miR-34b/c具有相同种子序列和共同靶基因，提示二者功能类似，从而功能补偿。为明确二者在精子发生中的作用及机制，本项目拟开展三方面研究：研究应激条件下miR-449-/-和miR-34b/c-/-小鼠的表型及机制；构建miR-449与miR-34b/c双基因敲除小鼠并研究其表型及机制；探索miR-449-/-小鼠中miR-34b/c代偿升高的机制。本项目旨在阐明miR-449和miR-34b/c在哺乳动物精子发生过程中的调控机制,并为男性不育症患者提供新的诊断标志物和治疗新思路。

我们前期的研究发现，miR-449与miR-34b/c均高表达于小鼠睾丸，提示其在精子发生中发挥重要作用。但在实验室常规环境下，miR-449-/-与miR-34b/c-/-小鼠的表型正常。其在应激条件下表型如何？目前尚无报道。此外，miR-34b/c在miR-449-/-小鼠睾丸中代偿升高，且miR-449和miR-34b/c具有相同种子序列和共同靶基因，提示二者功能类似，从而功能相互补偿。为明确二者在精子发生中的作用及机制，本项目开展了三个方面的研究：研究应激条件下miR-449-/-和miR-34b/c-/-小鼠的表型及机制；构建miR-449与miR-34b/c双基因敲除小鼠并研究其表型及机制；探索miR-449-/-小鼠中miR-34b/c代偿升高的机制。我们发现虽然在实验室常规环境下，miR-449-/-与miR-34b/c-/-小鼠的表型正常，但在应激环境中（热应激、情绪紧张），敲除小鼠表现出更为严重的生精异常，提示miR-449, miR-34可能在热应激、情绪紧张应激状态下对生精细胞有保护作用。我们获得miR-449-/-与miR-34b/c-/-基因双敲除小鼠，发现双敲小鼠表现为出生后部分致死、生长迟缓、雌雄性均不育。敲除miR-34/449后，输出小管上皮细胞的纤毛发生障碍，精子阻滞在生精小管中，这是导致双敲雄鼠不育的原因；有趣的是，如果解除过多液体所致的睾丸生精小管内的高压力，萎缩的生精上皮将得到恢复。敲除miR-34/449后，输卵管上皮细胞的纤毛发生障碍，输卵管拾取及运输卵母细胞的功能下降，这是导致双敲雌性小鼠不孕的原因。同时我们的实验也提示STAT-6的上升可能是miR-449-/-小鼠睾丸中miR-34b/c表达上调的原因。双敲雄鼠不育机制的研究结果提示，临床上某些少弱精症患者甚至无精症患者，其可能的首发病因也许不是睾丸生精障碍，而是输出小管阻塞所致；解除各种原因所导致的输出小管阻塞所也许可为这类疾病的治疗带来新思路。