精子是在睪丸曲細(xì)精管內(nèi)完成,屬于非常復(fù)雜的細(xì)胞分裂分化過程,為了使這一過程有條不紊的完成,需要曲細(xì)精管的內(nèi)外信號、膜蛋白等對這一發(fā)生過程進(jìn)行嚴(yán)格有序的調(diào)控。目前認(rèn)為精子形成可能與生殖細(xì)胞電位的改變密切相關(guān)。精子為了獲得受精能力需要完成以下幾個步驟:附睪成熟、精子獲能、超活化、趨向性,最后是精子的頂體反應(yīng)。這些生理過程與細(xì)胞內(nèi)外離子濃度變化有關(guān)。離子通道在精子形成過程中可以調(diào)節(jié)其內(nèi)外的滲透壓平衡,可以通過改變膜電位的變化推進(jìn)精子的各種生理過程;受精過程中,精子外部環(huán)境會有很大的改變,離子通道就起了至關(guān)重要的作用,因此離子通道蛋白的表達(dá)、以及其功能的改變都會影響有性生殖物種雄性配子的發(fā)育以及受精能力。中華絨螯蟹（學(xué)名:Eriocheir sinensis）的生活史比較復(fù)雜,其受精過程有別于其它物種,其個體的生活環(huán)境與其它物種也有很大的不同。中華絨螯蟹有一個非常重要的生理現(xiàn)象,即生殖洄游。淡水的離子濃度與海水的離子濃度有很大的不同,因此中華絨螯蟹在生殖遷移過程中經(jīng)歷了很強(qiáng)的離子濃度的變化。由此可見,離子濃度變化對中華絨螯蟹生殖發(fā)育起著不可或缺的作用。鉀通道為目前為止種類和亞型最多的離子通道。... 

【文章來源】：河北大學(xué)河北省

【文章頁數(shù)】：124 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

小鼠生殖細(xì)胞的分化過程(圖引自[3])

為了獲得受精能力,精子需要在睪丸內(nèi)發(fā)育成熟后再進(jìn)行兩個步驟,一個發(fā)生在雄性附睪,稱為附睪成熟,另一個發(fā)生在射精后,稱為獲能。在20世紀(jì)50年代,Chang(1951)和Austin(1952)[14]首次獨(dú)立地觀察到精子的獲能。他們的觀察對體外受精技術(shù)的未來發(fā)展至關(guān)重要,首先是在兔子中,后來在人類研究出的第一個試管嬰兒—Louise Brown也發(fā)現(xiàn)了精子獲能現(xiàn)象。在細(xì)胞生物學(xué)水平上,獲能可以誘導(dǎo)精子運(yùn)動模式的改變,即精子的超活化運(yùn)動,這為精子經(jīng)歷頂體反應(yīng)的胞吐過程做了準(zhǔn)備。在分子水平上,獲能與精子質(zhì)膜膽固醇損失、膜流動性增加、細(xì)胞內(nèi)離子濃度變化有關(guān)[15](圖1-2)。盡管這些事件中的每一個都是獨(dú)立研究的,但是關(guān)于它們?nèi)绾蜗嗷ヂ?lián)系以調(diào)節(jié)精子的獲能、精子的超極化和精子頂體反應(yīng)的信息仍然不是很清楚。精子獲能后會離開酸性環(huán)境(pH 5)的雌性生殖道,進(jìn)入輸卵管內(nèi)的壺腹部與卵子結(jié)合。從子宮與輸卵管交界處開始,內(nèi)部的pH值將顯著升高到pH 8左右[17]。這種細(xì)胞外pH的變化被認(rèn)為是促進(jìn)精子細(xì)胞內(nèi)堿化的原因[18]。在體外實(shí)驗(yàn)中,盡管細(xì)胞外pH值保持不變,在支持獲能的條件下培養(yǎng)的精子中也觀察到細(xì)胞內(nèi)的pHi(intracellular pH,pHi)值的增加。在這種情況下,細(xì)胞內(nèi)堿化表明精子存在調(diào)節(jié)pHi的活躍機(jī)制。據(jù)報(bào)道在精子中有三個主要的分子系統(tǒng)控制著它們的pHi值。首先,直接電生理記錄確定了電壓門控通道Hv1[19],該通道位于人類精子的鞭毛部分,主要是通過調(diào)節(jié)pH敏感通道(精子特異性鈣通道、SLO3)進(jìn)而對Ca2+穩(wěn)態(tài)有直接的影響,這些通道也位于鞭毛的主要部分。Hv1是一種H+轉(zhuǎn)運(yùn)體,通過電壓門控機(jī)制促進(jìn)質(zhì)子在膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)[20],對精漿中含量豐富的離子Zn2+高度敏感[21]。據(jù)推測這種高濃度的Zn2+可以維持Hv1的閉合過程,直到精液在雌性生殖道中被稀釋,從而使其被未知的機(jī)制激活[22]。與人類精子相比,Hv1在小鼠精子中沒有發(fā)現(xiàn)。因此在小鼠中提出了pHi堿化的第二種可能機(jī)制。特別是,缺乏精子特異性Na+/H+交換器(Na+/H+exchanger,sNHE)的小鼠是不育的[23],它們的精子無法在體外受精。精子在離開附睪時,HCO3-的濃度會顯著增加外,精子還會在精液和雌性生殖道中遇到更高的Na+濃度。Na+的增加有利于通過s NHE將該陽離子交換為H+。在獲能過程中,HCO3-內(nèi)向轉(zhuǎn)運(yùn),HCO3-也是一個弱堿,它向精子內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)會使pHi堿化。在體外培養(yǎng)中,將HCO3-加入到預(yù)孵育的細(xì)胞培養(yǎng)基中,可誘導(dǎo)膜電位的超極化并伴隨pHi的增加[24]。也有人提出存在中性的Na+/Cl-/HCO3-共轉(zhuǎn)運(yùn)體[25]和通過囊性纖維化跨膜調(diào)節(jié)因子(cystic fibrosis transmembrane regulator,CFTR)運(yùn)輸[26]或其耦合的Cl/HCO3交換器[27]。現(xiàn)在多種證據(jù)支持這一假說。即細(xì)胞內(nèi)pH值增加是精子獲能的前提。然而,精子堿化如何調(diào)節(jié)與獲能相關(guān)的其他事件,如超活化和為頂體反應(yīng)(AR)做準(zhǔn)備,目前尚不清楚。

鉀通道的主要亞基是目前為止最大和最多樣化的。這種多樣性部分源于大量編碼K+通道主要亞基的基因,但也來自其他過程,如選擇性剪接、從單個基因產(chǎn)生多個mRNA轉(zhuǎn)錄本、不同主要亞基的組裝、以及可能的RNA編輯和翻譯后修飾。鉀通道c DNA的存在使人們對鉀離子通道功能的結(jié)構(gòu)和分子機(jī)制的認(rèn)識有了很大的進(jìn)展。離子選擇性、電壓和鈣離子依賴性門控、失活和阻斷這些通道的機(jī)制已經(jīng)獲得了重要的新見解。目前已經(jīng)有幾種類型的鉀通道被鑒定出來,包括電壓門控鉀通道鈣激活鉀通道,內(nèi)向整流鉀通道、“l(fā)eak”鉀離子通道,和鈉激活的鉀通道。這幾種類型的[63]主要亞基已經(jīng)基本被確定,并根據(jù)結(jié)構(gòu)特性分為三組(圖1-3)。第一組由6個跨膜結(jié)構(gòu)域(TMD)蛋白組成,是電壓門控(Kv)和鈣激活的鉀通道,鈉激活鉀通道的主要組成成分。第二組由兩個TMD蛋白組成,是內(nèi)向整流鉀離子(Kir)通道組件。第三組稱為雙孔亞單位,是“l(fā)eak”鉀離子通道的組成部分。每一個組都可進(jìn)一步分為科,繼續(xù)往下又被劃分為亞科,這些亞科中的大多數(shù)都有幾個關(guān)系密切的成員。第一個主要的K+通道主要亞基包含6個跨膜結(jié)構(gòu)域(TMDs)(S1-S6),具有保守的P結(jié)構(gòu)域。在功能上,當(dāng)在異源表達(dá)時,它們形成電壓或鈣激活的鉀通道。這一組包括Kv家族(包括8個子家族:Kv1-Kv6和Kv8-Kv9)以及主要亞單位的KQT、EAG、SK和SLO家族成員。第二大類成孔亞基是內(nèi)向整流鉀(Kir)通道的組成部分。第一個成員是通過克隆表達(dá)確定Kir通道的主亞基具有兩個TMDs(M1-M2)和一個孔隙域的預(yù)測膜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),類似于6TMD鉀通道亞基的S5-P-S6。目前有7個亞科(Kir1-Kir7),其中大多數(shù)在異源表達(dá)體系中形成K+通道,并有不同程度的內(nèi)向整流。最近報(bào)道了哺乳動物的第三類鉀通道主要亞基,包括四個TMD(M1-M4)和兩個P結(jié)構(gòu)域(P1和P2)[64]。從結(jié)構(gòu)上講,這些亞基有一個預(yù)測的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),它們好像是由兩個剪接的Kir亞基組成。而6TMD和2TMD主要亞基被認(rèn)為是以四聚蛋白的形式組裝成功能通道,而4TMD亞基被認(rèn)為是二聚的,從而保持了圍繞中心孔的四倍對稱性[65]。從功能上講,這些主要亞基表達(dá)的是K+選擇性通道,而不像Kir亞基形成的通道主要以門控的方式出現(xiàn)。由于Kir亞基對細(xì)胞外K+濃度變化與Goldman-Hodgkin-Katz方程所描述的方式相同,這些通道也被稱為鉀離子滲透通道。本論文主要研究的是6TMD鉀離子通道的一個亞科,它的特別之處在于單通道的高電導(dǎo)特性。這些通道最初命名為大電導(dǎo)鉀通道,但是也有人稱之為最大鉀通道(Maxi-K)或者稱之為SLO家族通道。在上述分類中,這類通道隸屬于6TMD,既有6個跨膜區(qū)域。這個名稱來自于編碼這一通道的基因的名稱,這一通道的基因是在黑腹果蠅中第一個被克隆出來的。


本文編號：2977599