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SOX转录因子是指一类具有HMG结构域的基因家族,参与调控细胞命运决定、组织稳态和器官发生等多种生命过程,在个体发育进程中有着重要的作用。目前,在脊椎动物中已经鉴定出30余个SOX转录因子,基于HMG结构域的同源性和蛋白结构,这些SOX转录因子可被分为9个亚家族。Sox3作为SOXB1亚家族的一员,主要是作为转录激活因子参与神经系统发育、性腺发育和肿瘤发生等过程。但Sox3在性腺发育过程中的作用及其调控的分子机制尚未阐明。本研究首先利用半定量RT-PCR和免疫荧光等方法对sox3在斑马鱼中的表达进行了分析,发现sox3在各组织中均有表达,但在卵巢、脑和眼睛中高表达,尤其在卵巢的体细胞(膜细胞和颗粒细胞)中有着很高的表达。利用CRISPR/Cas9技术制备了斑马鱼sox3基因敲除的模型,发现纯合子斑马鱼卵巢中III期和Ⅳ期的卵泡数量减少,说明sox3敲除导致卵泡发育阻滞。进一步统计发现纯合子斑马鱼的产卵数明显少于野生型,说明sox3敲除导致斑马鱼的生殖能力下降。而雄性纯合斑马鱼发育正常并且可育。这些结果说明Sox3参与了斑马鱼的卵巢发育。为了进一步研究sox3影响斑马鱼卵巢发育的分子机制,本研究利用二代测序技术对野生型和纯合子斑马鱼的卵巢和精巢进行了转录组测序,平均获得23512900条clean reads,与斑马鱼参考基因的平均比对率是81.61%,与斑马鱼参考基因组的平均比对率是91.11%。基因表达定量结果显示,野生型卵巢有21023个表达基因,野生型精巢有24111个表达基因,纯合子卵巢有20608个表达基因,纯合子精巢有23998个表达基因。通过比较分析,发现无论是野生型还是纯合子斑马鱼,精巢中表达的基因数均比卵巢多,表明需要更多的基因开启表达才能维持精巢的功能。而纯合子卵巢与野生型卵巢相比,纯合子精巢与野生型精巢相比,表达基因数减少,表明sox3敲除导致了一些基因的表达沉默。进一步对差异表达基因富集分析发现,sox3敲除导致性腺中细胞凋亡信号通路上调,卵巢中类固醇激素合成通路下调,说明sox3可能通过调控上述通路影响斑马鱼的性腺分化过程。细胞凋亡在斑马鱼卵母细胞的退化和“类卵巢”发育形成精巢的过程中起着重要作用。本研究发现斑马鱼sox3基因可以抑制卵巢中细胞凋亡的发生。sox3敲除的纯合子斑马鱼卵巢组织中的激活型Caspase3表达明显高于野生型,卵巢冷冻切片TUNEL检测也发现III期和Ⅳ期卵泡凋亡信号明显增多。HEK293T细胞系中超表达Sox3蛋白导致抗凋亡蛋白Bcl-2表达上升,流式分析结果显示细胞凋亡水平下降。同时,研究发现sox3敲除的纯合子斑马鱼性腺中雌二醇水平较野生型有显著下降,cyp19a1a表达也显著下降。进一步研究发现Sox3通过转录激活cyp19a1a的表达影响了雌二醇的合成,从而改变了细胞凋亡的水平,影响了斑马鱼卵巢发育的过程。这些研究为斑马鱼性别分化的深入探讨提供了新思路。