蛋白质赖氨酸乙酰化修饰在人精子运动中的功能

The regulatory potential of reversible acetylation of non-histone proteins has slowly been recognized in the last decade. Recent studies showed that, besides regulating histone function, the scope of protein acetylation may involve in complex biological processes. However, the role of non-histone protein lysine acetylation remains almost unkown in the reproductive systems, especially in the male gamete sperm. Previously, our laboratory constructed the human sperm proteome, bioinformatics analysis revealed that 1440 proteins are annotated acetylated proteins in somatic cells. Additionally, the inhibitors of histone deacetylase can change acetylation levels of sperm protein, and suppress sperm motility. In this study, we will incorporate methods of cellular biology, proteomics and bioinformaics, and use the human sperm samples to construct a database of lysine acetylation profile of normal human sperm proteins, to screen abnormally acetylated proteins in the sperm of asthenozoospermia, and subsequently to study the function of these proteins. The aim of this study is to characterize the function and mechanisms of lysine acetylation in sperm motility, to study the roles of lysine acetylation in the abnormal motility of sperm of asthenozoospermia, and help characterize mechanisms of male infertility and develop future male contraceptives.

非组蛋白相关的蛋白质赖氨酸乙酰化修饰是国际上最近十年才被逐渐关注的一种蛋白质翻译后修饰，已有研究提示赖氨酸乙酰化修饰不只是调节组蛋白功能，其可能与磷酸化类似，在细胞内发挥着广泛的调控功能。在生殖系统尤其是雄性配子精子中，除组蛋白以外的蛋白质赖氨酸乙酰化修饰的功能研究几乎是一片空白。本实验室前期研究表明人精子有1440种蛋白质在体细胞中可以发生乙酰化修饰，用组蛋白去乙酰基酶抑制剂改变精子蛋白质赖氨酸乙酰化修饰水平能导致精子运动异常。本研究将直接利用人的精子标本，运用细胞生物学、蛋白质组学和生物信息学方法，构建人精子赖氨酸乙酰化修饰谱数据库，鉴定精子运动相关乙酰化修饰蛋白质和修饰位点，筛选弱精子症精子异常乙酰化修饰的蛋白，并进行功能验证。阐明乙酰化在精子运动中的调控机制，并用精子运动异常的弱精子症疾病模型研究该修饰在精子运动中的作用，阐明男性不育机制，为将来开发避孕药物提供新的靶标。

本研究围绕人类精子蛋白质赖氨酸乙酰化修饰对精子运动的作用开展研究，发现抑制组蛋白去乙酰基酶可以显著抑制人类精子的运动能力，解析人与猴精子的蛋白组成，发现精子表达一系列保守的乙酰化修饰调控酶。建立并优化了乙酰化修饰蛋白质组学方法，构建了人精子乙酰化修饰谱，发现人类精子蛋白928个赖氨酸乙酰化修饰位点，以及402个赖氨酸修饰乙酰化蛋白。人精子乙酰化修饰蛋白定位于精子顶体、线粒体、细胞膜和胞浆等各个结构。另外，乙酰化修饰与精子蛋白的其他多种修饰，如糖基化和磷酸化，可以发生交互作用。改变精子蛋白的乙酰化修饰水平可以显著抑制精子获能过程中的酪氨酸磷酸化水平升高。利用定量乙酰化修饰蛋白质组学方法发现43个弱精子症精子运动关联的乙酰化修饰位点，主要定位于精子线粒体，可能与精子能量代谢密切相关。发现6磷酸果糖(F6P)能显著提高弱精子症精子的运动能力，并基于此发明了一种可以提高人类精子运动能力的培养液。该项目的研究为阐明人类精子运动的调控机制，以及弱精子症精子运动异常的分子机理奠定了很好的基础。