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【南方+】赵小阳团队专访:首绘精子基因图谱,揭秘它的14种不同“变身”

时间:2018-09-03 23:32:39  来源:南方+   编辑:张淼  作者:  点击: 次

不孕不育困扰着全球大约15%的育龄夫妇,其中男性因素约占50%,而无精症在男性不育患者中约占15%-20%。人类的精子是如何产生的?为何有的男性会无法产生精子?

8月31日,国际知名期刊《细胞-干细胞》在线发表了一项研究成果,首次揭示了人类精子从精原干细胞到生成精子的具体全过程,绘制了完整精确的人类精子发生的基因图谱,并首次建立了人类无精症的分子诊断平台。

这一研究由www.4155.com|美高梅手机版|mg4155电子游戏官网基础医www.4155.com赵小阳教授课题组与北京大学汤富酬教授课题组、北京大学第三www.4155.com乔杰课题组共同完成。

人类精子产生过程共有14种不同“变身”

人类的精子是如何从精原干细胞一步步生成的?了解到这一具体的过程,就能通过进一步的比对,知道无精症患者是在哪一步出现了问题,从而针对性地研发治疗药物。

然而,此前并没有人能确切地知道,从精原干细胞到精子,到底经过了多少个不同的发育阶段,中间分化出了多少种不同的生殖细胞。以前人们只是根据生殖细胞的外在形态,来粗略地给不同发育阶段的生殖细胞进行分类。

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研究流程示意图

赵小阳、汤富酬和乔杰团队使用了RNA转录组测序技术来精确观察精子生成的“全过程”,并通过免疫荧光染色等技术进行了验证。

如果说DNA基因测序就像是对人类的基因序列进行拍照记录,RNA转录组测序就像是对基因的表达过程进行“高清录像”。它能观察到RNA表达时的具体信号通路,在细胞的转变过程中它到底起了什么样的作用,哪些基因被过度激活了,哪些被“沉默”了。

研究团队首先分离并获取了正常成年男性和梗阻性无精症患者的2854个睾丸细胞,对其进行了高精度的单细胞转录组测序分析。

17类睾丸细胞转录组的t-SNE分析图

分析发现,人类精子的产生过程中,共存在14种生殖细胞类型,包括3种精原细胞、7种精母细胞和4种精子细胞。也就是说从精原干细胞到精子,生殖细胞共有14次“变身”。

“从精原干细胞到精母细胞,再到最后完成减数分裂,是一个连续的发育过程。在这个过程中,所有的细胞形态都能看得一清二楚。”由此,赵小阳团队绘制了人类精子发生的完整图谱。

而且,研究人员在人类生殖细胞中找到了新的标志物。“生殖细胞发育的不同阶段,就有不同的基因会高度表达。”赵小阳说,通过对这些标志物的检测,就可以辨别无精症患者是哪一类生殖细胞缺失,由此“揪出”无精症是在哪一个环节出了问题。

人类生精过程中标志基因的动态表达变化图

未来可针对性地开发药物来治疗无精症

在绘制了正常人类精子发生的基因表达图谱基础上,研究团队进一步对一例非梗阻性无精症患者的174个睾丸细胞进行了研究。RNA转录组测序分析发现,这位患者的睾丸组织中,只有体细胞,一个生殖细胞都没有,相应的分子标志物也是缺失的。

“把这例无精症患者的睾丸体细胞与正常人的体细胞进行比对,我们找到了一些差异基因,发现无精症的产生可能与异常细胞凋亡机制相关。”赵小阳介绍,他们发现,这位无精症患者的睾丸细胞内与凋亡机制相关的分子标志物都异常高度表达。

通过对该例无精症的探索,研究团队建立了基于单细胞转录组分析的无精症分子诊断平台,为研究不育症致病机制和临床诊断提供了新的思路。

人类睾丸生殖细胞的拟时间发育图

赵小阳指出,如果这项技术最后能应用在临床,将病人的图谱与正常的图谱进行比对,医生就能准确知道无精症患者的生殖细胞停留在哪个阶段,缺少了哪些细胞类型。

此外,研究者还可以通过分析预测哪些信号通路在其中起到了主要作用,后续就可以针对性地筛选一些小分子化合物来调控这些信号通路,让它回到正常水平,有望解决无精症的问题,让无精症患者能正常地产生精子。

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