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Rspo1在脊椎动物性腺中的表达与作用

摘要:畜牧业生产中雌性动物大多数用于产奶蛋而雄性牲畜应用于肉类的生产,因此,对于脊椎动物的性别控制将有利于畜牧业的发展。 在以往的研究中,Y染色体上的性别决定基因 Sry( sex determining regionY gene) 被认为是雄性哺乳动物的性别决定因子,在胚胎形成
关键词:Rspo1,脊椎动物,性腺,中的,表达,作用,畜牧业,生产中


  畜牧业生产中雌性动物大多数用于产奶蛋而雄性牲畜应用于肉类的生产,因此,对于脊椎动物的性别控制将有利于畜牧业的发展。 在以往的研究中,Y染色体上的性别决定基因 Sry( sex determining regionY gene) 被认为是雄性哺乳动物的性别决定因子,在胚胎形成时期调控雄性性器官的分化及发育。 Sry 缺失时则默认卵巢发育。 近些年,对雌性动物性别分化机制的研究发现,存在与 Sry 调控雄性分化通路相拮抗 的 Rspo1/β-catenin 信 号 通 路。 分 泌 因 子R-Spondin1( Rspo1) 是雌性哺乳类、两栖类及鱼类潜在的性别决定因子[1],可通过 β-catenin 信号通路调控性腺分化相关因子表达[2],还可调节原始生殖细胞( primordial germ cells,PGCs) 的分裂增殖及性腺中体细胞的分化来对抗精巢的形成,从而决定了雌性的分化[3]. 因此,性腺分化早期个体间的 Rspo1 表达差异可能决定性别的分化方向。 与 Sry 调节雄性性别决定的机制不同,雌性性别决定可能由 Rspo1 调控的 β-catenin 和 Foxl2( forkhead box protein L2) 两条平行的通路决定。 本文总结了 Rspo1 在脊椎动物性腺中的表达及与雌性性别决定的关系。
  
  1 Rspo1 结构和功能
  
  Rspo1 是 R-spondin 家 族 的 4 个 成 员 之 一。

  Rspo1 含有 1 个 N 末端信号肽( signal peptide,SP) 、2 个 furin-like 结构域( FU1、FU2) 和 1 个 C 末端高电荷 氨 基 酸 区 域 ( thrombospondin type 1 domain,TSP1) ( Fig. 1) . 哺乳及两栖类动物的 Rspo1 在 C 末端区域存在核定位信号( nuclear localization signal,NLS) ,鱼类的 Rspo1 无 NLS[4]. FU 结构域负责激活β-catenin 信 号 通路,是 Rspo1 的重要功能域[5],TSP1 结构域与 Rspo1 抑制血管生成的作用相关[6].

  β-catenin 信号通路中,Wnt 与 Frizzled 受体和其跨膜配体 LRP 结合,导致 β-catenin 去磷酸化减少降解,从而使 β-catenin 增多得以转运至细胞核,启动靶基因的表达。 Rspo1 能和 Wnt 信号通路的抑制因子Dkk1、ZNRF3 与 LRP 结合,激活 β-catenin 启动信号通路[7,8]. 在 XX Rspo1- / -小鼠和 XX 型男性基因组中的研究发现,Rspo1 的 2 个 FU 结构域被破坏可导致性反转[1,9,10],表明 Rspo1/β-catenin 信号通路对性别决定有重要作用。
  
  2 Rspo1 在不同物种性腺中的表达情况

  2. 1 Rspo1 在哺乳动物性腺中的表达

  Rspo1 在小鼠的肾上腺、卵巢、精巢、甲状腺和气管内有丰富表达,在骨髓、脊髓、胃、白细胞、大肠、小肠、前列腺、胸腺和脾脏中无表达。 小鼠的胚胎发育至 11. 5 dpc( days post copulation,交配后天数) ,性腺还未分化,可选择分化成精巢或卵巢,12. 5 dpc性腺开始分化,13. 5 dpc PGC 发生减数分裂。 之后在卵巢中 PGC 将一直停留在减数分裂 I 期,直到排卵期才继续分裂; 在精巢中,性腺中支持细胞的分化使得 PGC 被限制在精索内而停留在减数分裂 I期[11,12],小鼠胚胎发育至 11. 5 dpc 时,Rspo1 主要在 XX 型鼠的性腺体细胞中表达,而在 XY 型鼠性腺中,Rspo1 仅 在 上 皮 表 达,Rspo1 的 表 达 在12. 5dpc 时开始出现差异,在雌性性腺的体细胞中Rspo1 的表达增高[1,13],雄性性腺中 Rspo1 的表达不升高,体细胞分化为支持细胞[1,14]. Rspo1 的缺失导致 小 鼠 的 性 腺 发 育 不 全 或 形 成 精 卵 巢,XXRspo1- / -新生小鼠的性腺较小,可见清楚的精索,但是从细胞的排列上可以看出这样的精索未发育完全,另外左侧性腺受到的影响比右侧更大,这说明Rspo1 缺失对两侧性腺造成的影响不对称[9].

  2. 2 Rspo1 在红耳龟性腺中的表达

  红耳龟的性腺和肾上腺,肾脏组成了泌尿生殖嵴( adrenal-kidney-gonad,AKG) ,泌尿生殖嵴从 Stage13 开始分化,直到孵化出壳 Stage 26,这中间泌尿生殖嵴的分化包括 3 个时期: 发育双潜能时期( Stages14 ~ 16) ,性别决定时期( Stages 16. 5 /17-19 /21) ,性别分化时期( Stages 20/21) . 在红耳龟中,孵化温度影响分化的方向,性腺的温度敏感期跨越了发育双潜能时期和性别决定时期,在胚胎发育中占了近2 /3. 温度敏感时期的持续时间随温度变化不等。 在雌性发育温度( female-producing temperature,FPT)31℃ 下,温度敏感时期为 Stages 14-18 /19; 而在雄性发育温度( male-producing temperature,MPT) 26℃下,温度敏感时期为 Stages 14-20/21[15]. Rspo1 在MPT 26℃ 下表达维持低水平,在 FPT 31℃ 下的表达上升,从 stage 17 到 stage 19 都维持在很高的水平。

  在温度敏感时期内,温度的变化会影响 Rspo1 的表达。 FPT 转变为 MPT 时,Rspo1 的表达降低到 MPT下的表达水平; 但是当 MPT 转变为 FPT 时,Rspo1的表达不会升高[13]. 提示性别决定时期在温度调控下,Rspo1 可介导雌性向雄性的性反转,并且此作用是单向的。

  2. 3 Rspo1 在鸡性腺中的表达

  鸡的胚胎发育至 3. 5 到 4. 5 d 时,生殖腺原基处于未分化状态,无法从表型上区分精巢和卵巢,第6. 5 d 性腺开始分化[16]. 早在 胚胎发育 4. 5 d 时,Rspo1 的表达在 ZW 型雌性与 ZZ 型雄性鸡胚性腺中就有差异,到 E8. 5 时这种差异迅速变大,雌性性腺 Rspo1 的表达升高,雄性性腺的 Rspo1 的表达维持不变。 芳香酶( aromatase) 是在雌性鸟类性腺分化时合 成 产 生 雌 激 素 的 酶,用 芳 香 酶 的 抑 制 剂fadrozole 处理鸡胚,可导致雌性鸡胚中 E12. 5 时Rspo1 的表达下降,提示 Rspo1 表达受雌激素调控。在鸡胚性腺中检测 Wnt4( β-catenin 信号通路的细胞外配体) 的表达,发现 Wnt4 在雌雄性腺中的表达差异发生在 E6. 5-E8. 5,同样,雌性性腺中 Wnt4 的表达高于雄性性腺[13]. Wnt4 在雌雄性腺中的表达差异晚于 Rspo1,提示 Wnt4 的表达受 Rspo1 调控。

  2. 4 Rspo1 在鱼类性腺中的表达

  斑马鱼的胚胎在受精后的 2 d 内迅速发育,PGC 形成后停留在内胚层的组织内,之后迁移穿过背部内脏的肠系膜后到达性腺形成区,30 dpf( dayspost fertilization,受精后天数) 左右,PGC 与体细胞相互作用形成卵巢样组织并开始发育,在 40 ~ 50 dpf时性腺分化,雄性个体中的卵巢样性腺凋亡,精巢形成,到 60 dpf 性 腺 分 化 结 束,精 巢、卵 巢 形 成,150 dpf的斑马鱼达到性成熟[17-18]. Rspo1 在成体斑马鱼的肾脏、性腺、肠及肌肉中的表达量较其他组织高。 其中在肾脏、性腺和肌肉中雌性组织的 Rspo1 的表达量均显着高于雄性。 性腺发育过程中( 30 dpf ~150 dpf) ,Rspo1 在生殖细胞和体细胞中的表达存在时间和空间上的变化,提示 Rspo1 可能负责调控不同发育时期的性腺内生殖细胞与体细胞的生长和发育[4].

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