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科研进展

 

童明汉和李劲松研究组与北京大学汤富酬研究组合作建立小鼠精子发生过程转录组动态变化图谱

        7月30日,国际学术期刊Cell Research在线发表了中国科学院生物化学与细胞生物学研究所童明汉研究组、李劲松研究组与北京大学汤富酬研究组合作的题为“Single-cell RNA-seq Uncovers Dynamic Processes and Critical Regulators in Mouse Spermatogenesis”的最新研究成果。
 
        哺乳动物精子发生是一个高度复杂且受到严密调控的细胞发育过程。该过程包含三个最基本的细胞生物学事件:有丝分裂、减数分裂和精子形成。在有丝分裂过程中,精原细胞经历自我更新、增殖和分化,保证了精子发生的持续性和稳定性;在减数分裂过程中,发生同源染色体配对、重组交换与精确分离,在保证遗传稳定性的基础上产生了配子遗传物质的高度多样性;在精子形成过程中,则发生了顶体形成、鞭毛组装、组蛋白-鱼精蛋白转换、核浓缩和包装重建等一系列复杂的分子和形态学变化,使精子细胞具备了运动和受精潜能。上述过程中生精细胞类型的多样性和生物学事件的高度复杂性决定了精子发生是研究基因表达调控的绝佳模型。
 
        数十年来,尽管哺乳动物精子发生的研究取得了长足的进步,但是仍然存在着许多制约因素限制了哺乳动物精子发生的研究,使其进展相对于其它学科显得较为缓慢。例如,目前尚无高效和通用的精子发生体外培养体系; 缺乏获取高纯度的、均一的、处于特定发育阶段的各级生精细胞的实验技术。因此,当前对精子发生机制的研究大多基于类型混杂的群体细胞的系综平均研究,而非均一性的单个细胞的系统研究。
 
        童明汉、李劲松研究组与北京大学汤富酬研究组合作的研究成果开创性地将精子发生同步化方法与生殖细胞特异性荧光标记相结合,建立了分离获取高纯度的、均一的、处于任意类型的不同发育阶段的小鼠生精细胞的实验体系;应用单细胞转录组测序的方法,绘制了小鼠精子发生过程的转录组精细图谱。该工作系统揭示了精子发生过程中基因表达调控的动态变化,筛选、验证了不同发育阶段的关键调控因子,证实了不同发育阶段精子细胞与卵细胞结合后产生的胚胎具有不同的发育潜能,同时系统地总结了精子发生过程中RNA可变剪接的动态变化、减数分裂性染色体失活(MSCI)等多种关键生物学事件的核心规律。该研究为后续全面研究精子发生调控机制提供了理论基础和宝贵资源,并为临床男性生殖障碍的诊疗提供了理论指导,为最终阐明哺乳动物精子发生的分子调控机制提供了可能途径。
 
        生化与细胞所博士后陈瑶、北京大学博士生郑宇轩和高云、生化与细胞所博士生林震和杨苏明为该文章并列第一作者,生化与细胞所童明汉研究员、北京大学汤富酬教授、生化与细胞所李劲松研究员为该文章的共同通讯作者。此项工作得到了中科院战略性先导科技专项、科技部(973计划)、国家重点研发计划、上海生科院基金、国家自然科学基金、上海市科委、北京未来基因诊断高精尖创新中心的支持。
 
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