新知识点:精子是如何产生的?

【字体: 时间:2018年08月28日 来源:生物通

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  在美国,近八分之一夫妇面临不育问题,其中大约一半归因为男性精液异常。但这种情况的根本原因,即精子发育背后的基础生物学仍是一个谜。

  

生殖细胞发育是个非常复杂的过程,关于哺乳动物精子如何发育,是什么驱动着它们的分化程序,这里还有很多未知数,最新发表在《Developmental Cell》杂志上的一篇文章的第一作者,Sue Hammoud博士说。

雄性睾丸不断生产精子,使男性在整个生育期内都能生育。精子发育始于名为精原细胞的干细胞。像人体中大多数细胞一样,精原细胞是二倍体的,有两组染色体,分别来自一个亲本。然而,与其他细胞不同的是,生殖干细胞是我们体内唯一必须经历减数分裂过程的一种细胞,从原始的母细胞开始,子细胞仅拥有一组染色体。

受精时,精子和卵子融合成一个崭新的独特个体。

“精子的发生过程很难研究,因为我们无法在塑料培养皿上培养所有细胞,”密歇根大学医学院人类遗传、妇产和泌尿学助理教授Hammoud说。

目前,精子细胞发育知识多数来自显微镜观察睾丸组织切片,或通过利用细胞表面标志物分析已知的细胞群,这就像依靠所佩戴的ID徽章来分析某些细胞。

使用这些劳动密集型方法,研究人员已经定义了四种主要但不相同的细胞类型:精原细胞(干细胞和祖细胞)、精母细胞(多样性的减数分裂细胞库)、圆精细胞(减数分裂后的单倍体细胞)和成熟的精子。

不过,Hammond指出,旧方法分析的仅仅是常见细胞的杂烩,这些方法通常忽略了较为罕见的触发关键发育转变的其他细胞类型,而这些细胞可以帮助研究人员在体外复制这一过程或了解男性不育症的真实原因。

为了克服这一挑战,新研究采用新开发的单细胞RNA测序技术,从小鼠睾丸中分离分析了30多万个单细胞,鉴定了每个细胞中数千种基因的活性。

“从干细胞到成熟的精子细胞,发育过程基本上是连续的,除了我们第一次注意到,在进入减数分裂时有个离散的过渡,”Hammond说。

发现这一过程以后,研究人员就可以专注于寻找开启或关闭该进程的基因,试图恢复遗传或环境原因造成的男性生育能力下降。

这项工作捕获了生产睾酮的Leydig细胞、类似护士细胞一样围绕着生殖细胞并在整个发育过程中保护它们从外部环境传递信号的Sertoli细胞。有趣的是,他们还发现了与祖细胞相似的一组意外的细胞类群,这些细胞类型将是该研究小组的未来工作目标。

“只有了解生殖细胞和体细胞之间的相互作用,我们才能在体外培养皿中开始有效和安全地推动这个过程,”Hammond说。

原文检索:A Comprehensive Roadmap of Murine Spermatogenesis Defined by Single-Cell RNA-Seq

(生物通:伍松)

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