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哺乳动物的精子发生是一个高度有序的细胞分化过程。由于精子发生的高度复杂性和对体内微环境的依赖性,故迄今为止尚无满意的培养系统能够在体外完成精子发生过程。探索研究精子发生的新研究方法是摆在我们面前急待解决的课题。在本研究中,我们在小鼠曲细精管显微注射技术平台和精原干细胞移植技术的基础上,建立了一种在体研究精子发生的新方法;进行了体内RNA干扰和曲细精管内注射抗体实验探索。建立了以实现小鼠曲细精管内RNA干扰为主的动物模型系统;并应用该系统对本实验室发现的与生精过程相关的某些基因做了进一步的研究。
本研究首先成功地建立和完善了小鼠睾丸曲细精管显微注射技术平台。在我们的实践中,首先比较了不同的穿刺方法,确定了以通过睾网穿刺注射作为后续实验的主要注射方法。
本研究成功建立了原代精原干细胞和精原细胞株移植技术。以Busulfan40mg/kg腹腔注射后3~5周雄性小鼠为受体小鼠,以胚胎小鼠和新生小鼠(胚胎15天~出生3天)的睾丸中分离细胞作为精原干细胞移植的供体细胞,PKH26红色荧光标记后移植入受体小鼠睾丸曲细精管中,供体精原干细胞移植后在受体小鼠曲细精管成活、增殖、分化,并产生了成熟精子。供体精原干细胞在移植2月后已经在受体睾丸内成活、并沿着曲细精管基底膜增殖形成单细胞层;移植4.5月后,增殖、分化形成包括成熟精子在内的生精克隆;移植7个月后,供体细胞在受体曲细精管内形成了旺盛的生精克隆,曲细精管形态与正常曲细精管一致。
本实验成功证明了以SV40largeTantigen永生化的精原细胞系GC-1spg系,不但能够在受体小鼠曲细精管中生存,而且能够定位于相当于精原干细胞所处的niche中进行增殖和分化,并产生成熟精子。此发现可望促进精原干细胞移植技术的更广泛的应用,是一个重要的突破。
进一步应用此平台探索了体内RNA干扰实验方法。针对本组以前筛选出的4种目的基因:HSD-1、HSD-11、rtSH3p13、RSD-9构建了RNA干扰质粒和包装表达siRNA的Lentivirus。以敲减HSD-11后的精原干细胞为例,移植2个月后发现,精子发生的早期阶段即精原细胞的增殖受到影响,供体在受体曲细精管内可存活,并能通过减数分裂发育成圆形精子细胞,但是,由于自我更新的能力被抑制,故曲细精管基底部细胞缺失。本研究结果invivo验证了在精子发生过程中HSD-11基因可能和精原细胞自我更新和分化有关系。。本实验提示,原代供体生精细胞经体外转染RNA干扰质粒敲减某基因将其移植入小鼠曲细精管可连续进行在体观察。此外,也探索了小鼠曲细精管显微注射相关基因特异性抗体研究其对精子发生的影响,通过此类实验,进一步确证了rtSH3p13和RSD-9基因与精子顶体形成有密切关系。上述结果为实现体内研究基因功能的新方法奠定了牢固的基础。