發(fā)布時(shí)間：2020-04-02 03:12

【摘要】：全世界范圍內(nèi)約有七分之一的夫婦經(jīng)受不育癥困擾,其中一半以上由男性生殖異常引起的。臨床數(shù)據(jù)顯示男性生殖障礙病因主要由精子發(fā)生過程中基因表達(dá)調(diào)控異常引起的。因此,揭示精子發(fā)生相關(guān)基因、闡明其分子機(jī)制,對男性不育癥的診斷、治療提供指導(dǎo)意義。精子發(fā)生是一個(gè)復(fù)雜的動態(tài)生物學(xué)過程,粗略地可分為三個(gè)時(shí)期:由精原干細(xì)胞起始,經(jīng)不斷增殖分化生成A型、B型精原細(xì)胞,B型精原細(xì)胞繼續(xù)分化形成精母細(xì)胞,進(jìn)而經(jīng)分裂形成圓形精子細(xì)胞,最后經(jīng)一系列變化最終生成單倍體成熟精子。階段內(nèi)特異表達(dá)的基因調(diào)控高度復(fù)雜的精子發(fā)生過程,其中任何一個(gè)階段發(fā)生錯誤都可導(dǎo)致精子形成異常,最終引起雄性不育。為系統(tǒng)且整體地了解精子發(fā)生的復(fù)雜動態(tài)變化過程,常規(guī)的單一基因單一層次研究方法已不再適應(yīng)。隨著高通量測序數(shù)據(jù)及相關(guān)研究文獻(xiàn)的快速積累,使得對精子發(fā)生相關(guān)基因進(jìn)行系統(tǒng)全面分析成為可能�；诖�,本研究擬整合精子發(fā)生過程數(shù)據(jù),結(jié)合文本挖掘技術(shù),采用系統(tǒng)生物學(xué)分析方法,對小鼠精子發(fā)生過程相關(guān)基因進(jìn)行挖掘預(yù)測分析。本研究通過對小鼠精子發(fā)生過程各階段RNA-seq數(shù)據(jù)與文本數(shù)據(jù)整合分析,細(xì)致全面地挖掘精子發(fā)生各階段特異表達(dá)基因。在此基礎(chǔ)上,利用蛋白互作網(wǎng)絡(luò),開發(fā)預(yù)測算法SGNet,挖掘新穎的精子發(fā)生相關(guān)分子標(biāo)記,從分子水平驗(yàn)證候選基因?qū)影l(fā)生的影響。1.小鼠精子發(fā)生過程RNA-seq測序數(shù)據(jù)整合分析基于GEO、SRA等數(shù)據(jù)庫構(gòu)建小鼠精子發(fā)生相關(guān)RNA-seq測序數(shù)據(jù)平臺,分析基因表達(dá)情況�；趦煞N不同的方法對不同研究內(nèi)的相同階段內(nèi)差異基因的P-values進(jìn)行整合,獲得階段特異差異基因。結(jié)果分別有8508、6939個(gè)基因在兩個(gè)或兩個(gè)以上階段表達(dá),而247、150個(gè)基因在五個(gè)或五個(gè)以上階段差異表達(dá);兩種不同方法中均發(fā)現(xiàn)Inhba,Thbs2兩個(gè)基因七個(gè)階段內(nèi)全部差異表達(dá)。各階段基因功能相似性分析表明階段內(nèi)基因相似性較高,可協(xié)同發(fā)揮作用。功能富集結(jié)果顯示,基因明顯富集于與精子發(fā)生相關(guān)通路內(nèi)。2.基于文本挖掘的小鼠精子發(fā)生相關(guān)基因分析以PubMed為數(shù)據(jù)源,以階段信息結(jié)合物種名稱構(gòu)成主題詞,采用文本挖掘技術(shù),抓取已知的與精子發(fā)生階段特異相關(guān)基因。結(jié)果發(fā)現(xiàn),基因中有1241(64.6%)個(gè)基因至少與兩個(gè)不同精子發(fā)生階段相關(guān),而Sycp3、H2afx等六個(gè)基因在七個(gè)階段均檢索出來;其中,Sycp3已有文獻(xiàn)證明其與減數(shù)分裂聯(lián)會相關(guān);Pou5f1作為干性因子與精原干細(xì)胞自我更新過程相關(guān)。功能富集分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)其均與減數(shù)分裂、精子發(fā)生等通路顯著相關(guān)。3.預(yù)測精子發(fā)生過程發(fā)揮重要作用分子標(biāo)記基于蛋白互作網(wǎng)絡(luò),整合階段特異基因及文本基因作為陽性標(biāo)簽,綜合運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫再|(zhì)、最短路距離以及功能相似性等特征,開發(fā)算法SGNet預(yù)測精子發(fā)生過程潛在的相關(guān)新基因。SGNet預(yù)測52個(gè)候選基因;其中包括5個(gè)轉(zhuǎn)錄因子。在此基礎(chǔ)上,我們發(fā)現(xiàn)了各階段特異的功能模塊�；贑TD數(shù)據(jù)庫內(nèi)基因與疾病關(guān)系表分析,84%SGNet模型預(yù)測基因與不孕、睪丸組織發(fā)育異常、精子囊腫等生殖類疾病相關(guān)。最后,通過分子試驗(yàn)qRT-PCR驗(yàn)證,Smc1a及Tubgcp家族基因與預(yù)測結(jié)果一致。
【圖文】：

圖 1-1 精子發(fā)生過程示意圖(Hilz et al. 2016)Figure 1-1 Diagram of the process of Spermatogenesis (Hilz et al. 2016)1.1.2 精原細(xì)胞增殖分化及相關(guān)基因睪丸組織曲細(xì)精管內(nèi)依次排列著不同精子發(fā)生發(fā)育階段的生殖細(xì)胞。SSCs 是最原始的生精細(xì)胞，具有不斷分化的潛能，可以進(jìn)一步有序地分化成精子發(fā)生各階段的生殖細(xì)胞(Kanatsu-Shinohara and Shinohara 2013)。依賴于細(xì)胞形態(tài)學(xué)觀察，體內(nèi)精原細(xì)胞根據(jù)其分化程度可分為未分化 A 型、中間型及 B 型精原細(xì)胞。其中，，A 型細(xì)胞分化程度較低，無異染色質(zhì)，可進(jìn)行有絲分裂；分化程度最高精原細(xì)胞為 B 型細(xì)胞；中間型是 A型向 B 型細(xì)胞分化的中間狀態(tài)，具有中等程度的異染色質(zhì)(Guo et al. 2017)。未分化的 型精原細(xì)胞一般按照細(xì)胞的數(shù)目和形態(tài)，可分為三類：單個(gè) A 型精原細(xì)胞(Asingle,As)、成對精原細(xì)胞(Apaired,Apr)和成串排列的精原細(xì)胞(Aaligned,Aal)(ChenandLiu2015；dRooij 2001)。小鼠大約出生 6 天后(postnatal day 6，6dpp)，曲細(xì)精管基底膜形成單個(gè)存在 As。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為 As 即為 SSCs，近些年來已經(jīng)證明 As 細(xì)胞并不完全等同于 SSCsAs 細(xì)胞中屬于 SSCs 僅占 10%左右的比例，但 As 細(xì)胞確是各種未分化細(xì)胞內(nèi)含有 SSC

圖 1-2 精子發(fā)生過程染色質(zhì)變化示意圖(Rahman et al. 2013hematic diagram of chromatin changes in spermatogenesis (Rah同源染色體間的蛋白裝配結(jié)構(gòu)，主要包括 SCP1、S裂聯(lián)會時(shí)期。SCP1 由 SYCE1 和 SYCE2 組成共同變會引起精母細(xì)胞停留在減數(shù)分裂偶線期而引起不育Yang et al. 2006；Yuan et al. 2000)。糖核酸內(nèi)切酶(Rnase-Ⅲ)家族成員。減數(shù)分裂前敲除 會引起小鼠睪丸組織變小，成熟精子減少，導(dǎo)致生育 et al. 2005；付鶴玲 2011)。及相關(guān)基因胞分泌到附睪內(nèi)最終形成高度濃縮的單倍體成熟精子括精子細(xì)胞形態(tài)體積變化、細(xì)胞核濃縮、核蛋白異程(Vavouri and Lehner 2011)。精子細(xì)胞歷經(jīng)形態(tài)學(xué)及蛋白變化形成精子。首先染
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：Q132.1;Q811.4

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 朱俊;殷建平;趙志恒;祝恩;班榮軍;;基于文本挖掘的精子發(fā)生各階段的相關(guān)基因/蛋白名稱提取[J];計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展;2014年06期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 謝文海;小鼠生殖干細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組分析及Pramef12基因的功能探索[D];上海交通大學(xué);2014年

2 江小華;支持細(xì)胞依賴的結(jié)構(gòu)和功能對小鼠生殖細(xì)胞發(fā)育影響的研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2014年

3 孫晉;多梳蛋白PCGF6在精子發(fā)生過程中的功能研究及小鼠出生后睪丸發(fā)育過程中長鏈非編碼RNA表達(dá)譜分析[D];上海交通大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 武思宇;深度測序法篩選和鑒定維持奶山羊雄性生殖干細(xì)胞自我更新的關(guān)鍵因子[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2016年

2 曾飄;小鼠成熟精子中mRNA表達(dá)譜的分析及mRNA在早期胚胎發(fā)育中潛在功能的研究[D];上海交通大學(xué);2014年

3 張俊芳;小鼠精子形成期動態(tài)發(fā)育的轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究[D];中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2013年

4 付鶴玲;Dicer1及PP2ACα在精子發(fā)生減數(shù)分裂前期的功能研究[D];南京醫(yī)科大學(xué);2011年

本文編號：2611364