【摘 要】
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哺乳动物体内,精原干细胞(Spermatogonial stem cells,SSCs)是唯一一种可以将父系遗传信息传递给后代的成体干细胞。因此,SSCs在动物遗传育种与繁殖等方面有着重要的应用前景。将基因编辑技术与SSCs移植技术相结合,可以制作转基因动物,提高动物的生产性能。同时,SSCs也是阐明干细胞自我更新与分化机制的良好模型。由于睾丸内SSCs的数目稀少,需要分离和富集SSCs才能开展相
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(编号:31772605);
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哺乳动物体内,精原干细胞(Spermatogonial stem cells,SSCs)是唯一一种可以将父系遗传信息传递给后代的成体干细胞。因此,SSCs在动物遗传育种与繁殖等方面有着重要的应用前景。将基因编辑技术与SSCs移植技术相结合,可以制作转基因动物,提高动物的生产性能。同时,SSCs也是阐明干细胞自我更新与分化机制的良好模型。由于睾丸内SSCs的数目稀少,需要分离和富集SSCs才能开展相关研究。在啮齿类动物和灵长类动物,已经鉴定到若干有效的SSCs分子标记物。虽然已鉴定了几个猪未分化精原细胞的分子标记物,但是,仍然缺乏富集猪SSCs的表面分子标记物。据报道,阶段特异性胚胎抗原4(stage-specific embryonic antigen 4,SSEA4)在人和非人灵长类动物的精原干细胞外膜表面表达。因此,本研究旨在探究SSEA4在猪睾丸组织中的表达与分布,鉴定SSEA4对猪精原干细胞分离与富集的有效性。主要结果如下:(1)采集7日龄、90日龄和150日龄的猪睾丸组织,制作组织切片。苏木精-伊红染色及组织免疫荧光染色结果表明所采集的猪睾丸发育正常,SSEA4阳性细胞为生精小管基底膜处的精原细胞;统计分析显示,随着日龄的增加,平均每个生精小管内VASA阳性和UCHL-1阳性细胞数目表现为递增趋势,而SSEA4阳性细胞表现为递减趋势。这表明SSEA4可能是猪精原干细胞的表面分子标记物。(2)借助组织免疫荧光双染色鉴定表达SSEA4的细胞类型。结果表明SSEA4阳性细胞与已知的未分化精原细胞分子标记物DBA、PLZF共定位;且随着日龄增加,SSEA4阳性细胞占DBA、PLZF阳性细胞的比例逐渐下降,而不与SSEA4阳性细胞共定位的DBA、PLZF阳性细胞逐渐增加。因此,SSEA4阳性细胞是未分化精原细胞的一个小亚群。(3)采用流式细胞分选法分离SSEA4阳性精原细胞并借助免疫荧光染色、Western blot对其进行鉴定。结果表明以SSEA4为膜表面标记物,利用流式细胞分选法可高效富集SSEA4阳性精原细胞,富集效率在90%以上。细胞免疫荧光染色发现,SSEA4阳性精原细胞高度富集了未分化精原细胞。(4)借助转录组测序与分析,发现SSEA4阳性细胞高表达精原干细胞的标记基因ID4、PAX7、PIWIL4、EGR4、MSL3、TCF3等,而精原细胞(SPG)主要表达GFRA1、LIN28A、UCHL-1等生精细胞祖细胞基因以及STRA8、c-KIT和SYCE3等分化精原细胞的标记基因。GO分析表明,SSEA4阳性细胞上调的基因参与细胞黏附、干细胞群体维持和胚胎器官发生等干细胞相关功能;下调的基因则主要参与生殖细胞发育、细胞代谢过程和细胞内物质转运等生物学过程。(5)借助细胞异种移植鉴定SSEA4阳性细胞的生物学功能。异种移植结果显示,SSEA4阳性细胞生成的细胞克隆数目是未分化精原细胞(SPG)的2.5倍,是SSEA4阴性细胞的21倍,表明SSEA4阳性细胞是精原干细胞。综上所述,本研究表明SSEA4是猪精原干细胞的表面分子标记物。基于SSEA4利用流式分选法能够高效分离与富集猪精原干细胞。猪既是重要的肉用家畜,也是理想的医学模式动物。本研究结果为猪精原干细胞的体外培养及研究利用提供了条件和基础,并为其它家畜精原干细胞的分离与富集提供参考。
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