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哺乳动物精子发生是一个非常复杂且连续的过程,主要包括以下三个阶段:1.精原干细胞的自我更新与分化;2.精母细胞的减数分裂;3.精细胞的变形与成熟。精子发生正常有序的进行离不开很多基因的精确调控,这其中就包括一系列负责对DNA损伤进行修复的基因。因为精子是父方遗传物质的载体,确保其基因组的完整性对于维持物种后代的稳定至关重要。在体细胞中,BRCA1（Breast cancer 1,early onset）是一个参与DNA双链断裂（Double-strand break,DSB）修复的关键蛋白。正是因为如此,BRCA1被广泛认为是一个抑癌基因,它主要通过参与一种非常精确的DNA损伤修复方式-同源重组修复（Homologous recombination repair,HR）来发挥其抑癌作用。以前的研究利用Brca1突变小鼠发现,在精母细胞第一次减数分裂前期的粗线期,BRCA1会被募集到性染色体的未联会的轴上并介导减数分裂性染色体沉默（Meiotic Sex Chromosome Inactivation,MSCI）。但是,在他们所使用的Brca1突变小鼠中BRCA1蛋白并没有被完全敲除,其最重要的三个功能结构域:RING结构域、Coiled-coil结构域和BRCT结构域仍然是完整的,这样产生的BRCA1蛋白很有可能会残留一些特别的功能。因此,BRCA1在精子发生中的真正功能需要进一步的探究。因为Brca1全身敲除小鼠是胚胎致死的,于是我们利用cre-loxp技术,使用目前被广泛认可的Vasa-cre工具鼠,特异性地在生殖细胞中敲除了Brca1第5-13号外显子。我们的结果表明,敲除Brca1第5-13号外显子破坏了N端的RING结构域,并导致移码突变,翻译提前终止,C端的BRCT domain和Coiled-coil结构域无法翻译,最终产生一个只含有52个氨基酸的短肽（BRCA1Δ5-13）。因此,BRCA1Δ5-13破坏了BRCA1的所有功能结构域,有利于我们研究BRCA1在精子发生中的真正功能。我们发现,Brca1生殖细胞特异性敲除小鼠生长正常,雌鼠也是可育的,但雄性表现为不育。进一步的检测表明,这些Brca1条件性敲除小鼠的睾丸明显变小,生殖细胞大量减少,残余的生殖细胞全部位于曲细精管的基底膜上。免疫荧光染色显示,Brca1生殖细胞特异性敲除小鼠的睾丸中,减数分裂细胞和分化型精原细胞完全缺失,表明BRCA1在精原细胞分化和减数分裂启动中发挥重要作用。与上述结果一致的是,所有的生殖细胞均为PLZF阳性的未分化型精原细胞(Undifferentiated spermatogonia,Aundiff)。Aundiff包括GFRα1阳性的精原干细胞（spermatogonial stem cell,SSC）和表达SOX3/RARγ的倾向于分化的未分化型精原细胞(Differentiation-primed Aundiff),后者是由前者经过有丝分裂产生的。有意思的是,我们发现在出生后第21天的Brca1生殖细胞特异性敲除雄鼠中,倾向于分化的未分化型精原细胞急剧减少,精原干细胞却明显增多。对于这两群细胞的增殖与凋亡情况的分析,显示BRCA1缺陷的SOX3阳性的未分化型精原细胞中p53依赖的凋亡明显增加,增殖明显减弱,而精原干细胞的增殖却明显加快。以上结果表明,BRCA1在未分化精原细胞中的失活,破坏了这一类细胞的稳态。从机制上来说,BRCA1的失活导致精原干细胞和SOX3阳性的未分化型精原细胞这两类细胞中的DNA双链断裂损伤大量积累。但是,由于对DNA双链断裂损伤更加敏感,SOX3阳性的未分化型精原细胞首当其冲,数量大幅度减少,随后精原干细胞过度增殖以补偿倾向于分化的未分化精原细胞的损失,这也导致精原干细胞自身虽然轻微但是明显的细胞凋亡。相应地,在出生后第90天的Brca1条件性敲除雄鼠中,精原干细胞的数量明显下降。通过同时敲除p53以阻止凋亡或同时敲除53bp1来提高DNA损伤修复的程度都可以挽救Brca1单独敲除小鼠的精原细胞分化阻滞和减数分裂启动障碍,未分化精原细胞的稳态也随之恢复。总的来说,我们的研究揭示了DNA损伤修复蛋白BRCA1在精子发生中的新功能,并且证明了DNA损伤修复对于维持未分化精原细胞稳态的重要性。