泛素连接酶MARCH7调控人精子形态结构和功能的机制研究

Ubiquitin-proteasome system plays an important role in spermiogenesis, however, the mechanism has not been elucidated yet. In our recent studies we have observed that the decrease in the expression and enzymatic activities of the 20S proteasome and UCH-L3 could be one of the main cause of high ubiquitination level in sperms from infertile men. Based on the above findings, membrane-associated RING-CH (MARCH)7 was deliberately reviewed to investigate cellular localizations, expressions and enzymatic activities of MARCH7, lysine 48 (K48)-linked ubiquitination, ubuiqitin-specific protease (USP)9X and USP7 in hope to understand the morphology and functional alterations of sperms from infertile male. In addition, the correlation between these proteins and sperm concentration, motility, morphology and functions was tackled to explore the regulatory roles of MARCH7 regulated by USP9X and USP7, mediating K48-linked ubiquitination which alters sperm morphology and functions.Lastly, such a mechanism was verified via MARCH7 knocked-out mice. After the successful completion of this project, we hope to reveal the key role of MARCH7 in the pathogenesis of male infertility, we also hope to provide new tools for the diagnosis and treatment of male infertility.

男性不育症发病机理复杂，涉及与调控精子形成期相关的泛素-蛋白酶体系统。我们研究发现，20S蛋白酶体和泛素C末端水解酶L3表达下降或酶活性降低可能是导致男性不育患者精子总泛素水平异常增高的主要原因之一。本项目在此基础上，以男性不育患者精子为研究对象，以膜相关RING-CH（MARCH）7为切入点，研究男性不育患者精子形态和功能变化，阐明MARCH7、K48多泛素化链、去泛素化酶ubiquitin-specific protease (USP)9X和USP7的表达、细胞定位及酶活性变化，评价这些蛋白与精子浓度、活力、形态和功能的相关性；进而揭示MARCH7如何受USP9X和USP7的调控介导K48多泛素化链以调控人精子形态和功能；最后，应用MARCH7基因敲除小鼠进一步阐明相关机制。依此，有望揭示MARCH7在男性不育症发病中的作用，为进一步深入研究开拓新思路，也为男性不育症的诊治提供新方法。

男性不育症发病涉及与调控精子形成期相关的泛素-蛋白酶体系统。本项目以MARCH7为切入点，研究其与男性不育症患者精子形态结构和功能的关系，并结合临床数据分析MARCH7对受精率、卵裂率、可利用胚胎率和优质胚胎率的影响，进而研究MARCH7如何受USP9X和USP7的调控介导K48多泛素化链以调控人精子形态和功能的相关机制。研究结果显示，与正常精子（normozoospermia, N）相比，男性不育症患者中弱精症（asthenozoospermia, A）或少弱精症（oligoasthenzoospermia, OA）精子顶体完整率、顶体反应率、顶体酶活性均呈显著性下降，并且，顶体酶活性与其精子浓度、总活力和前向运动百分率呈显著正相关，表明精子浓度、顶体形态、功能异常及精子尾部异常、活力低下是造成男性不育的一个重要原因。同时，研究结果还显示，MARCH7定位在精子膜、颈部、尾部中段和主段，与N相比，MARCH7在A和OA表达显著下降，并与其精子浓度、总活力、前向运动百分率、in vitro fertilization (IVF)中的受精率和优质胚胎率呈显著正相关，而与IVF中的卵裂率、可利用胚胎率无相关性，表明男性不育患者精子浓度、活力和受精功能及优质胚胎率下降可能与MARCH7异常有关。研究结果还发现，K48多泛素化链定位在精子头、顶体、颈部、尾部中段和胞浆，在A和OA中表达增加，且在形态异常精子中表达增加；USP9X定位在精子膜、顶体和尾部，而USP7定位在尾部主段和中段；与N相比，USP9X在A和OA表达增加，而USP7蛋白在A和OA表达呈显著性下降，且与其精子浓度、总活动率和前向运动百分率均呈显著正相关，推测男性不育症患者精子去泛素化酶，主要是USP7异常下降导致MARCH7不稳定，可介导K48多泛素化链异常增加而下调MARCH7，从而影响精子形态结构和功能。该研究成果为深入研究MARCH7在男性不育症发病中的作用，以及指导临床诊疗提供了新的理论基础。