科研進(jìn)展
動(dòng)物生態(tài)與資源保護研究團隊發(fā)現轉錄因子PBX1在調控間質(zhì)細胞分化和精子發(fā)生中的關(guān)鍵作用
哺乳動(dòng)物精子發(fā)生是個(gè)高度復雜的細胞分化過(guò)程，涉及精原細胞增殖、精母細胞減數分裂和精子變形等發(fā)育關(guān)鍵事件。生殖細胞在各階段的命運轉換受體細胞的精密調控。睪丸間質(zhì)細胞（Leydig cell）是分布于曲精小管間質(zhì)區的一類(lèi)特殊體細胞。這類(lèi)細胞的核心功能是通過(guò)分泌雄性激素睪酮，維持睪丸結構和微環(huán)境的穩定。間質(zhì)細胞功能障礙可直接導致動(dòng)物性腺發(fā)育障礙、不育以及雄激素依賴(lài)的器官病變。目前，間質(zhì)細胞類(lèi)固醇合成中起核心作用的基因和通路已經(jīng)明確，但調控其發(fā)育的重要轉錄因子依然需要深入挖掘鑒定。
中國科學(xué)院西北高原生物研究所動(dòng)物生態(tài)與資源保護研究團隊通過(guò)對睪丸單細胞轉錄組數據的挖掘，發(fā)現轉錄因子PBX1（Pre-B-cell leukemia homeobox transcription factor 1)在睪丸間質(zhì)細胞和管周肌樣細胞中特異表達。為研究該轉錄因子的功能，研究團隊利用Cre-Loxp系統制備了Pbx1間質(zhì)細胞特異性敲除小鼠模型（以下簡(jiǎn)稱(chēng)敲除小鼠）。通過(guò)不育試驗和形態(tài)學(xué)分析發(fā)現，成年敲除小鼠完全不育，曲精小管結構嚴重受損，生精細胞擴散至間質(zhì)區域。曲精小管結構的損壞導致睪丸微環(huán)境發(fā)生改變，從而對精母細胞減數分裂及其后期細胞的發(fā)育造成顯著(zhù)影響。透射電鏡分析發(fā)現，敲除小鼠間質(zhì)細胞內脂滴數量增多但直徑縮小，表明該轉錄因子在類(lèi)固醇激素合成中可能發(fā)揮重要作用。激素測定結果表明，PBX1功能缺失導致睪酮激素濃度顯著(zhù)下降，同時(shí)伴隨著(zhù)孕烯醇酮、雄烯二酮和促黃體生成素水平的顯著(zhù)上升。間質(zhì)細胞單細胞轉錄組分析發(fā)現，和對照相比，Pbx1缺失導致不同類(lèi)型的間質(zhì)細胞比例發(fā)生改變，比如成年間質(zhì)細胞比例增加了21.85%。更為重要的是，Pbx1缺失導致334個(gè)基因表達發(fā)生顯著(zhù)改變，其中90.12%的差異基因表達下調，這些基因富集在膽固醇代謝、類(lèi)固醇激素合成、脂質(zhì)代謝等通路。結合單細胞和染色質(zhì)免疫共沉淀測序（ChIP-seq）數據等，發(fā)現PBX1可直接調控Nr2f2、Prlr、Nedd4等類(lèi)固醇合成相關(guān)基因的表達。由于敲除小鼠睪酮水平顯著(zhù)降低而該激素是維持睪丸微環(huán)境的關(guān)鍵激素，研究團隊通過(guò)對成年敲除小鼠補充外源睪酮開(kāi)展了表型挽救實(shí)驗，結果顯示，雖然補充外源睪酮可以恢復敲除小鼠睪酮水平，但依舊存在顯著(zhù)的生精缺陷。以上結果表明PBX1在調控間質(zhì)細胞發(fā)育和類(lèi)固醇激素的合成過(guò)程中發(fā)揮著(zhù)重要作用。研究結果為深入解析間質(zhì)細胞命運決定、睪丸發(fā)育不全和間質(zhì)細胞激素分泌的分子調控提供了重要數據。
相關(guān)研究結果以?Loss of PBX1 function in Leydig cells causes testicular dysgenesis and male sterility 為題，于5月10日在?Cellular and Molecular Life Sciences?期刊（生物學(xué)2區TOP期刊，IF 8.0）在線(xiàn)發(fā)表。西北高原所博士研究生王菲晨為第一作者，楊其恩研究員為通訊作者。該工作得到了國家自然科學(xué)基金（31771656和31571539），青海省自然科學(xué)基金（2020-ZJ-902）等項目的資助與支持。
論文鏈接：https://link.springer.com/article/10.1007/s00018-024-05249-5
論文模式圖：轉錄因子PBX1在間質(zhì)細胞發(fā)育和睪酮分泌中發(fā)揮關(guān)鍵作用
論文代表圖：A：轉錄因子PBX1在小鼠間質(zhì)細胞表達；B：間質(zhì)細胞特異性敲除Pbx1導致曲精小管結構完整性受損；C：Pbx1敲除導致間質(zhì)細胞基因表達異常；D: Pbx1敲除導致不同類(lèi)型間質(zhì)細胞比例異常；E：ChIP-seq結果顯示PBX1和Nr2f、Prlp、Nedd4等類(lèi)固醇合成關(guān)鍵基因的啟動(dòng)子區結合；F：Nr2f、Prlp、Kit蛋白在Pbx1敲除間質(zhì)細胞的表達水平低于對照；G：Pbx1敲除小鼠睪酮水平顯著(zhù)降低。
