發(fā)布時(shí)間：2020-11-22 06:53

　　 當(dāng)今世界不孕癥越來越受人們的關(guān)注,全世界大約有15%的夫婦受到不孕癥的影響,其中約半數(shù)都是男性生殖異常引起的,而精子發(fā)生障礙是導(dǎo)致男性不育的一個(gè)重要因素。我們的工作旨在通過深入地了解精子發(fā)生過程,分析影響精子發(fā)生過程中基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后調(diào)控的分子機(jī)制,為尋找精子發(fā)生障礙的可能成因和治療方法提供指導(dǎo)思路。精子發(fā)生是一個(gè)復(fù)雜而動(dòng)態(tài)的過程,需要一系列基因在其各個(gè)階段協(xié)調(diào)且精準(zhǔn)的表達(dá),任一階段的基因表達(dá)失調(diào)都有可能會(huì)造成精子發(fā)生障礙。而RNA編輯和miRNA編輯作為重要的基因轉(zhuǎn)錄后調(diào)控方式,通過RNA水平上堿基的取代和加減,以更加靈活高效的方式影響和調(diào)節(jié)基因的表達(dá)。但是RNA編輯和miRNA編輯是否存在于雄性生殖細(xì)胞中,如果存在,其在不同生殖細(xì)胞中的分布情況怎樣、作用于哪些生殖基因、是否會(huì)影響這些基因的表達(dá),這一系列問題都尚未解決。在本研究中,我們收集了目前已公開發(fā)表的RNA-seq數(shù)據(jù),從編碼和非編碼RNA兩個(gè)方面系統(tǒng)的分析了精子發(fā)生過程中多個(gè)階段生殖細(xì)胞的RNA編輯情況,并對(duì)一些在精子發(fā)生過程中發(fā)揮重要作用的基因和miRNA的編輯情況進(jìn)行詳細(xì)闡述。具體過程和結(jié)果如下:1.精子發(fā)生過程中RNA-seq數(shù)據(jù)平臺(tái)搭建我們從GEO和SRA數(shù)據(jù)庫(kù)中收集了小鼠精子發(fā)生的RNA-seq數(shù)據(jù)和small RNA-seq樣本,分別作為RNA編輯和miRNA編輯檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)集。并用這些數(shù)據(jù)集搭建我們精子發(fā)生過程的RNA-seq數(shù)據(jù)平臺(tái)。我們根據(jù)細(xì)胞類型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分組,并將同一細(xì)胞類型的數(shù)據(jù)整合成一個(gè)樣本。結(jié)果顯示整合策略在一定程度上增加了測(cè)序深度,同時(shí)可以獲得不同樣本中一致的編輯位點(diǎn),與分別檢測(cè)每個(gè)樣本中的RNA編輯位點(diǎn)相比,該方法可以提高準(zhǔn)確性。2.精子發(fā)生過程中的RNA編輯我們?cè)谛∈缶�子發(fā)生過程的7種生殖細(xì)胞里檢測(cè)到了7530個(gè)編輯位點(diǎn)共發(fā)生在2012個(gè)基因中。這些編輯位點(diǎn)在一些染色體上呈現(xiàn)特殊分布,在17號(hào)染色體上的分布密度最高,Y染色體上的編輯位點(diǎn)只分布在Y染色體的兩端。編輯位點(diǎn)主要分布在內(nèi)含子區(qū),基因間區(qū)和編碼區(qū),并且編碼區(qū)的編輯位點(diǎn)中將近一半都會(huì)導(dǎo)致氨基酸的改變。而很多在精子發(fā)生過程中起重要作用的基因都被檢測(cè)到了非同義編輯事件,如:Ddx3x,Hjurp,Adad1,Tssk6等,反映了RNA編輯在精子發(fā)生過程中對(duì)重要基因表達(dá)的靈活調(diào)控。3.精子發(fā)生過程的miRNA編輯我們從小鼠和豬中分別鑒定了630個(gè)和261個(gè)編輯位點(diǎn)。兩個(gè)物種之間有許多miRNA編輯現(xiàn)象是一致的,例如編輯位點(diǎn)在各細(xì)胞的數(shù)量分布,編輯類型,以及種子區(qū)和非種子區(qū)中A-to-I編輯的分布密度。并且無論是在小鼠還是在豬中,近一半的miRNA編輯事件都發(fā)生在種子區(qū),這意味著近一半的編輯事件都可能會(huì)影響miRNA的功能。最后,我們發(fā)現(xiàn)在精子發(fā)生過程中頻繁被編輯的miR-34c通過改變其結(jié)構(gòu)來調(diào)節(jié)靶基因,并在編輯時(shí)顯示出功能障礙�？傊�,我們描繪了小鼠和豬精子發(fā)生期間miRNA編輯的整體概況。
【學(xué)位單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：Q78;Q132.1
【部分圖文】：

其中約半數(shù)都是男性生殖異常引起的，而精子發(fā)生障礙是導(dǎo)致男性不育的一個(gè)重要因素(JPet al. 2002; Pizzol et al. 2014;Agarwal et al. 2015)。因此，揭示精子發(fā)生的分子機(jī)制對(duì)于理解男性不育至關(guān)重要。精子發(fā)生是一個(gè)復(fù)雜且連續(xù)動(dòng)態(tài)變化的過程(Bai et al. 2017)，主要分為三個(gè)階段：有絲分裂、減數(shù)分裂和成熟精子的形成。如圖 1-1 所示精原細(xì)胞經(jīng)過有絲分裂形成初級(jí)精母細(xì)胞。第一次減數(shù)分裂后形成單倍染色體的次級(jí)精母細(xì)胞。第二次減數(shù)分裂后形成的圓形精子形態(tài)為圓形且染色體數(shù)目減半。最后圓形精子細(xì)胞在去除了細(xì)胞中多余的細(xì)胞器，形態(tài)也發(fā)生了顯著的變化后形成成熟的精子(Kotaja et al. 2004; Miller et al. 2013;Rathke et al. 2014)。這一過程需要連續(xù)，協(xié)調(diào)且精準(zhǔn)地表達(dá)數(shù)千個(gè)基因，并與來自轉(zhuǎn)錄，轉(zhuǎn)錄后和翻譯基因調(diào)控的多級(jí)調(diào)節(jié)相結(jié)合(Che et al. 2016)。因此，任一階段的基因表達(dá)失調(diào)都有可能導(dǎo)致精子發(fā)生障礙，所以只立足于某一階段某個(gè)基因去研究精子發(fā)生已不再具有優(yōu)勢(shì)。近年來高通量測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，為我們提供了越來越多的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序數(shù)據(jù)以供研究。統(tǒng)覽精子發(fā)生的多個(gè)階段，不同于單一基因表達(dá)，從轉(zhuǎn)錄后調(diào)控的角度去研究精子發(fā)生過程中影響基因表達(dá)的因素，將為研究精子發(fā)生，探究其分析機(jī)理提供新思路。

圖 1-2 腺嘌呤氧化脫氨基反應(yīng) (Bass 2002)Fig. 1-2 Adenine oxidative deamination reaction (Bass 2002)圖 1-3 3 種 ADAR 蛋白 (Walkley and Jin 2017)Fig. 1-3 Three kinds of ADAR proteins (Walkley and Jin 2017)

圖 1-3 3 種 ADAR 蛋白 (Walkley and Jin 2017)Fig. 1-3 Three kinds of ADAR proteins (Walkley and Jin 2017)1.2.2 RNA 編輯識(shí)別工具RNA 編輯位點(diǎn)的檢測(cè)從理論上來講是通過比較 RNA 序列和基因組序列，尋找到兩種水平測(cè)序數(shù)據(jù)之間的差異，從而找到相比于基因組在 RNA 水平上發(fā)生變化的位點(diǎn)即 RNA 被編輯的點(diǎn)。因此識(shí)別 RNA 編輯位點(diǎn)很大程度上需要 RNA-seq 和 DNA-seq 的進(jìn)步，隨著高通量測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，不同物種的各個(gè)組織中越來越多的 RNA 編輯位點(diǎn)被揭示。RNA 編輯檢測(cè)有很多種方法。由于存在著一定的技術(shù)局限性導(dǎo)致成本較高或者結(jié)果假陽(yáng)性率偏高，目前已經(jīng)很少使用比較基因組法、延伸終止法以及基于 EST 序列的基因組序列比對(duì)法等試驗(yàn)方法去檢測(cè)RNA 編輯位點(diǎn)，隨著測(cè)序成本越來越低，測(cè)序數(shù)量逐步增多，為研究人員提供了大量的數(shù)據(jù)資源，因此通過生物信息學(xué)方法識(shí)別 RNA 編輯位點(diǎn)越來越常見。由此而出現(xiàn)了很多用于識(shí)別RNA編輯位點(diǎn)的工具，迄今常見的有8種：REDItools(Picardi and Pesole 2013)、GIREMI (Zhang and Xiao 2015)、RED (Sun et al. 2016)、
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本文編號(hào)：2894306