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背景: Chd1l(Chromodomain Helicase/Adenosine Triphosphatase DNA Binding Protein1-Like,CHD1L)基因位于染色体1q21区,属SWI2/SNF2相关ATP酶超家族,在多种肿瘤中有异常扩增和高表达。肿瘤的发生在某种程度上是胚胎发育的重演,大多数肿瘤细胞中高表达基因在胚胎发育及正常成体干细胞中均有一过性表达,参与细胞的增殖、分化或组织的再生修复。因此,从发育生物学角度研究肿瘤特异性表达分子的作用有助于深入理解肿瘤发生发展机制。 在体内外实验中发现CHD1L在正常成年小鼠睾丸内有高水平表达,定位于精原细胞层。睾丸是分泌雄性激素、产生精子的器官。哺乳动物精子发生经历复杂而独特的细胞增殖及分化过程,其中包括精原细胞有丝分裂增殖、精母细胞的减数分裂和精子细胞的形变,最终形成成熟的精子。精原细胞是生精的起始细胞,可分为As型、Apr型、Aal型、A1-A4型、In型(中间型)及B型精原细胞,其中As型、Apr型、Aal型精原细胞具有干细胞特性,为未分化精原细胞,又称为精原干细胞(Spermatogonial Stem Cells,SSCs),为终身维持自我更新的成体干细胞,可进一步分化为各期生精细胞,维持精子的生成。各类精原细胞在睾丸支持细胞侧面连接形成的特定niche中进行增殖及分化,其平衡依赖于支持细胞产生的神经胶质细胞源性神经营养因子(glial cell line-derived neurotrophic factor,GDNF)。CHD1L在睾丸精原细胞层中的定位表达提示其与生精细胞的增殖、分化及GDNF的作用可能存在联系,但其所属细胞类别及生物学功能不明。本研究将探讨不同发育时期小鼠睾丸内CHD1L的表达及定位,明确睾丸内CHD1L阳性表达细胞类别,并对其作用及分子机制进行深入阐述。 目的: 明确睾丸内CHD1L阳性表达细胞类别,阐述CHD1L在睾丸内表达的生物学意义及分子机制。 方法: 1、以多能因子Oct4-绿色荧光蛋白(GFP)融合基因转基因小鼠(Oct-4/EGFP)为动物模型,取出生后6~8天的雄性小鼠睾丸组织,用免疫组化、荧光定量PCR和western-blot等方法检测CHD1L在睾丸组织中的表达;免疫磁珠分选未分化精原细胞,进行CHD1L与SSCs干性相关分子GFRα1、PLZF及OCT4的免疫荧光双标记,以明确CHD1L表达细胞的类别。 2、Chd1l shRNA慢病毒敲减小鼠SSCs的Chd1l表达,观察Chd1l对SSCs表型的影响;探讨外源性给予GDNF对Chd1l表达及SSCs生物学特征的影响。 3、Chd1l敲减组及对照组SSCs miRNA及mRNA高通量测序分析,筛选差异表达miRNAs及mRNAs;实时荧光定量PCR方法验证差异表达分子,生物信息学方法分析并鉴定Chd1l相关分子。 4、通过miRNAs靶基因预测分析、双荧光素酶报告系统及细胞生物学等方法,明确基于CHD1L表达的差异miRNAs及其靶基因,研究其相互间的调控机制。 结果: 1、不同发育阶段睾丸组织中均可见CHD1L阳性表达细胞,位于精原细胞层,与精原干细胞(SSCs)标记分子GFRα1,PLZF及OCT4共表达,CHD1L阳性表达位于胞核。 2、敲减Chd1l可降低SSCs的增殖,抑制克隆形成,促进SSCs的凋亡;外源性GDNF可促进Chd1l表达,同时,Chd1l对GDNF下游关键信号分子的转录具有正向调控作用。 3、敲减Chd1l后进行SSCs的miRNA及mRNA高通量测序,获得了基于Chd1l表达的miRNAs和mRNAs差异表达谱。miRNAs差异表达谱中有124个差异表达miRNAs,其中34个miRNAs上调,90个miRNAs下调,qRT-PCR验证结果显示miR-486与Chd1l表达最为相关;mRNAs差异表达谱中共筛选出差异表达mRNAs416个,其中320个mRNAs表达上调,96个mRNAs表达下调,KEGG pathway分析结果显示基于Chd1l表达的差异基因主要富集在ECM-receptor interaction、Focal adhesion等信号通路上。 4、体外实验证明miR-486shRNA可显著上调SSCs干性基因表达、促进SSCs增殖并抑制其凋亡;KEGG富集分析显示miR-486的预测靶基因大部分富集于多能性调控、PI3K-AKT、Focal adhesion等信号通路上,与差异表达mRNAs中5个基因有交集,分别为Mmp2、Fbln2、Gstm7、Rhod和Itm2a,qRT-PCR及Western blot检测结果显示Chd1l及miR-486均可调节Mmp2的表达,两者作用结果吻合;双荧光素酶报告系统检测结果证明miR-486可靶向结合Mmp23UTR端;siRNA干扰内源性Mmp2表达可显著下调SSCs干性相关基因表达,同时抑制细胞增殖、促进细胞凋亡及细胞周期阻滞;CHD1L通过miR-486-Mmp2轴调控SSCs的自我更新。 结论: 1、染色质重塑因子CHD1L在不同发育阶段的睾丸组织中均有表达,与精原干细胞(SSCs)标志分子GFRα1,PLZF及OCT4共定位; 2、CHD1L在SSCs中表达,可促进SSCs的自我更新,其作用受GDNF正向调控; 3、Chd1l通过抑制miR-486表达促进SSCs增殖及干性维持;基于Chd1l的差异表达基因及miR-486预测靶基因主要富集于ECM-receptor interaction、Focal adhesion及干性调控等信号通路; 4、Mmp2为miR-486的直接靶分子;RNA干扰Mmp2后可显著下调SScs干性、促进细胞凋亡及细胞周期阻滞;CHD1L通过miR-486-Mmp2轴发挥促SSCs自我更新作用。