DICER1在附睾基因表达调控中的作用和机制研究

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精准的基因表达调控对生物机体的结构和功能至关重要。附睾是雄性生殖系统中负责精子成熟的重要器官,其基因表达具有时空特异性并且受到精准调控,但是其中的机制却并不清楚。microRNA(miRNA)已被证明具有确定基因表达阈值并动态调节基因表达量的功能。一个基因常常能被几种到多种miRNA结合和调控,已有很多重要的miRNA被发现。DICER酶是负责miRNA生成的关键酶,敲除Dicer基因可阻断miRNA生成,从而研究miRNA整体对基因表达调控的作用。已有研究表明在小鼠出生后,Dicer1mRNA在附睾中的表达是随着附睾发育逐渐上调的。在本研究中,我们发现Dicer1基因的mRNA和蛋白在成年小鼠附睾头部高表达,尾部和体部的表达依次降低,提示DICER1酶在成年小鼠附睾中,尤其是在头部,可能具有重要作用。由于Dicer1敲除是胚胎致死的,因此,我们使用Lcn5Cre-loxP重组酶系统将小鼠附睾头部四、五区主细胞中负责miRNA生成的关键基因Dicer1进行条件性敲除。我们的研究发现Dicer1在成年小鼠附睾头部的表达缺失并不影响附睾的外观、重量、组织形态、附睾细胞的增殖和凋亡,也不影响精子运动和获能,生仔数也无显著差异。然而检测13月龄的小鼠发现,与对照组相比,Dicer1敲除小鼠的附睾外观红肿,附睾管腔肿胀,在管腔之间的间隙中有大量炎性细胞渗入,管腔的主要组成细胞主细胞损伤,Dicer1敲除小鼠生的小仔数也比对照小鼠的少。体内和体外的细菌模拟感染实验也显示Dicer1-/-小鼠的附睾抗大肠杆菌的能力显著下降。将Dicer1-/-小鼠和野生型小鼠附睾的差异表达mRNA和miRNA进行联合分析,结果显示与抗菌相关的β-defensin家族基因几乎无miRNA结合位点,可能并不受miRNA调控。因此我们推测DICER1可能以miRNA非依赖的方式调控基因表达。进一步的研究发现DICER1能结合在β-defensin基因的启动子区。而且有趣的是,通过与本实验室的AR ChIP-seq数据联合分析发现许多受DICER1调控的基因都有雄激素受体(Androgen Receptor,AR)结合位点,提示DICER1和AR可能通过某种机制共同调控基因的表达。  为了进一步探讨DICER1调控附睾头部上皮细胞基因表达的机制,寻找DICER1与AR的内在联系,我们使用睾丸摘除术构建了雄激素剥夺小鼠模型,并使用高通量转录组测序分析小鼠附睾4、5区受雄激素调控的基因。通过与Dicer1敲除小鼠的差异表达基因比较后我们发现Dicer1-/-小鼠与雄激素剥夺小鼠的基因表达变化模式极为相似。我们使用雄激素刺激睾丸摘除的小鼠,结果显示Dicer1的缺失能阻止附睾响应雄激素刺激,而且Dicer1敲除小鼠附睾基因表达呈抑制状态。进一步的检测发现DICER1蛋白与AR蛋白无论在细胞浆内还是在细胞核内都可以共定位并且存在相互作用。不仅细胞浆内的DICER1能影响AR入核,而且细胞核内的DICER1能与AR互相招募彼此到启动子上启动基因转录。rescue实验的数据表明主要是细胞核内的DICER1参与AR对基因的转录激活。  本研究首次构建了在成年小鼠附睾头部4、5区条件性敲除Dicer1基因的小鼠模型,利用这个小鼠模型揭示了DICER1具有不依赖miRNA而直接调控基因表达的新功能。发现了DICER1影响AR入核的现象,并且探讨了细胞核内的DICER1与AR共同招募彼此到基因启动子区域以调控基因转录的新机制。
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