人与猕猴精子发生相关蛋白质组的生物信息学研究

发布时间：2018-11-01 21:42

【摘要】：目前不孕不育已经成为现代社会的常见病,由男性因素导致的不育直接或间接地占总不孕不育病例的约60%；而另一方面针对男性的避孕药物缺乏,男性对避孕的贡献仅占14%。在睾丸中进行的精子发生过程十分复杂,其正常进行是男性生育的基本保障,对精子发生的研究具有重要的生物学和临床意义。为了深入了解精子发生的过程及其调控机制,我们首先要研究精子发生过程中的相关基因的组成及其作用。睾丸组织中基因的转录本和蛋白质表达水平的一致性较低,并且存在大量的特异表达基因。因此对于精子发生的研究,蛋白质组学方法的应用尤为重要。基于高分辨率、高通量的液相色谱串联质谱方法,我们在人睾丸及精子中分别鉴定到7400和4461种蛋白质,并且在精子中鉴定到297种N连接糖基化修饰的蛋白质,共包含556个糖基化修饰位点；在猕猴睾丸及精子中分别鉴定到9078和2552种蛋白质。在本研究中,我们主要利用生物信息学方法系统地对这些蛋白质和修饰位点进行了功能注释和预测分析。首先,我们在染色体水平系统地分析了人与猕猴的睾丸及精子基因的分布,并鉴定了自X染色体逃逸至常染色体的逆基因；通过半定量比较人与猕猴同源基因的表达,我们发现进化保守基因的表达量相对较高。由于猕猴的基因大多基于预测或同源推断,本研究为这些推测基因提供了直接的蛋白质表达证据。基于GO和KEGG分析我们在整体水平系统地注释了相应谱系的蛋白质编码基因参与的主要生物学事件,在精子发生和精子功能的基础代谢水平上阐释了这些蛋白质的功能及其参与的生物学进程。为了进一步筛选与男性不育及癌症相关的生物标志物,我们注释了这些基因的生殖相关表型,并通过与癌症-睾丸基因、睾丸特异基因和分泌蛋白编码基因等多个数据集比较讨论了备选的生物标志物及其潜在的应用价值。雄性猕猴较人类男性承受更多的精子竞争压力,在精子竞争的选择压力下猕猴精子较人精子具有更好的精子活动力。我们通过比较人精子与猕猴精子正选择基因的差异,鉴定了在猕猴特异物种分支受到正选择的基因,并给出了具体的正选择位点。通过富集分析我们发现这些基因富集与精子线粒体和鞭毛,并与男性不育疾病密切相关,这些基因为解释不同精子竞争压力下表型的差异提供了分子基础。最后,我们在蛋白质结构水平初步注释了人精子N连接糖基化蛋白质的修饰位点。解析这些修饰位点在氨基酸序列和空间结构水平的定位和特性,将有助于我们进一步了解该修饰位点所发挥的功能。基于生物信息学方法,本研究系统地分析了精子发生过程中的相关蛋白质的生物学功能,揭示了不同精子竞争压力下表型差异的分子基础,并初步对人精子N连接的糖基化蛋白质进行了结构水平的分析。本研究为男性不育的诊断、治疗和男性避孕药物的开发提供了备选分子靶标。
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【学位授予单位】：南京医科大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R698.2

【共引文献】