蛋白质精氨酸甲基转酶5(Prmt5)在生殖细胞发育过程中的功能研究

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在生殖细胞发育过程中,表观遗传修饰要进行大规模的重建,异常的表观遗传修饰通常会导致生殖细胞发育异常或死亡,在临床上会引起不育不孕。Proteinarginine methyltransferase5(Prmt5)属于蛋白质精氨酸甲基转移酶家族,该家族包含有11个成员。根据甲基化类型归纳为三种甲基化模式,单甲基化,非对称性双甲基化,对称性双甲基化。PRMT5属于对称性双甲基化转移酶。以前的研究表明Prmt5在维持干细胞全能性的过程中具有重要作用,敲除Prmt5后ES细胞不能维持其全能性而发生分化。另外,Prmt5在原始生殖细胞(PGCs)中也特异高表达,提示其可能在生殖细胞发育过程中也发挥作用,但是确切的生理功能目前还不清楚。  研究结果显示Prmt5除了在原始生殖细胞中表达以外,在出生后的雄性生殖细胞中也高表达,其细胞定位呈现为动态变化。为了探究Prmt5在生殖细胞发育过程中的作用,分别利用Tnap-Cre和Stra8-Cre在胚胎期8.5天的PGCs和出生后3天睾丸生殖细胞中特异敲除Prmt5。研究结果显示,利用Tnap-Cre在PGCs中敲除Prmt5后导致成年雌性和雄性小鼠不育。进一步研究发现大量生殖细胞在E12.5~E13.5丢失。定量PCR和免疫组化结果显示,缺失Prmt5的生殖细胞全能性相关基因和早期生殖细胞特异性基因的表达明显上调。另外,缺失Prmt5的E13.5天雌性生殖细胞中减数分裂相关基因表达显著降低。免疫荧光结果显示,敲除Prmt5基因后H4R3me2s的甲基化水平显著降低,而H3R2me2s的甲基化水平没有明显改变。研究还发现在Prmt5敲除的生殖细胞中IAP和LINE1两种转录转座子元件显著上调,它们的表达上调可能是导致生殖细胞大量丢失的主要原因之一。  利用Stra8-Cre在出生后3天左右的雄性生殖细胞中敲除Prmt5也会导致生殖细胞丢失和雄性不育。Prmt5△/flox:Stra8-Cre小鼠的生殖细胞在出生后10天前没有明显异常,出生后12天开始生殖细胞的发育出现异常。免疫荧光和定量PCR结果显示大部分生殖细胞出现减数分裂阻断,减数分裂相关基因表达下调。另外在Prmt5△/f;Stra8-Cre小鼠中H4R3me2s显著下调,而H3R2me2s并没有明显变化。  综合Prmt5△/flox;Tnap-Cre和Prmt5△/flox;Stra8-Cre两部分结果发现,Prmt5对生殖细胞的存活是必需的。在生殖细胞发育的不同阶段缺失Prmt5均导致生殖细胞大量丢失而引发小鼠不育,并出现生殖细胞减数分裂异常。不同发育阶段生殖细胞中缺失Prmt5均导致H4R3me2s显著下调。在胚胎期敲除Prmt5会导致转座元件IAP,LINE1表达显著上调,然而在出生后睾丸中缺失Prmt5并没有引起转座元件表达上调。说明在PGCs和出生后睾丸生殖细胞中Prmt5缺失可能通过不同的机制引起生殖细胞丢失。但是在不同发育时期敲除Prmt5都会引起减数分裂异常,提示该基因可能在减数分裂过程发挥作用,详细的作用机制还需要进一步深入研究。综上所述,Prmt5在生殖细胞存活与发育过程中扮演着重要角色。
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