對精子生成的新見解為解決男性不育問題奠定了基礎(chǔ)
美國近八分之一的夫婦面臨不孕癥,其中約一半的病例可歸因于男性伴侶的精液異常。
由于根本原因往往仍然是一個謎,對精子發(fā)育背后的基本生物學的新研究有朝一日可能會為那些想要發(fā)展家庭的人帶來新的希望。
“生殖細胞發(fā)育是一個非常復(fù)雜的過程。關(guān)于哺乳動物精子如何發(fā)育以及驅(qū)動分化程序的原因還很多,”發(fā)展細胞雜志發(fā)表的一項新研究的主要作者Sue Hammoud博士說。。
精子是在雄性睪丸中不斷產(chǎn)生的生殖細胞,使人在整個生殖期內(nèi)都能生育。精子發(fā)育始于稱為精原細胞的干細胞。像人體中的大多數(shù)細胞一樣,精原細胞是二倍體,這意味著它們有兩組染色體,一組來自每個父母。然而,與其他細胞不同,種系干細胞是我們體內(nèi)唯一必須經(jīng)歷稱為減數(shù)分裂的過程的細胞,減數(shù)分裂是一種細胞分裂,其產(chǎn)生僅具有來自原始親本細胞的一組染色體的子細胞。
在受精過程中,一個精子和一個雞蛋融合起來,開始一個新的,基因獨特的個體。
但研究人員卻沒有更深入的見解。
“精子發(fā)生過程很難研究,因為我們無法在塑料培養(yǎng)皿中培養(yǎng)所有必需的細胞,”密歇根醫(yī)學人類遺傳學,婦產(chǎn)科和泌尿科助理教授Hammoud解釋道。
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關(guān)于精子細胞如何發(fā)展的許多當前知識來自在顯微鏡下檢查睪丸的組織切片或通過使用細胞表面標記物分析已知的細胞群,其類似于某些類型的細胞所佩戴的ID徽章。
使用這些勞動密集型方法,研究人員能夠定義四種主要但不同的細胞類型:精原細胞(由干細胞和干細胞后代的干細胞和祖細胞組成),精母細胞(減數(shù)分裂細胞的多樣性庫),減數(shù)分裂后單倍體細胞稱為圓形精子細胞,最后稱為成熟精子。
哈蒙德指出,舊方法只分析了常見細胞的大雜燴。這些方法通常錯過了罕見的細胞類型和關(guān)鍵的發(fā)育轉(zhuǎn)變,可以幫助研究人員在體外復(fù)制這一過程或了解男性不育的實際原因。
為了克服這一挑戰(zhàn),這項新研究采用了一種新開發(fā)的先進技術(shù),稱為單細胞RNA測序,可以分別分析來自小鼠睪丸的30,000多個細胞,測量每個細胞數(shù)千個基因的活性。
這導(dǎo)致了迄今為止所有睪丸細胞最完整的目錄。該團隊使用這些數(shù)據(jù)來表征精子細胞發(fā)育計劃,并找到新的細胞類型和分子特征。
例如,該圖集首次揭示了精子在連續(xù)程序中發(fā)展,從一種生物狀態(tài)無縫地移動到下一種生物狀態(tài)。
“從干細胞到成熟精子細胞,發(fā)育計劃在很大程度上是連續(xù)的,除了進入減數(shù)分裂時的單一離散過渡,”Hammoud說。“第一次學習這一點非常了不起。”
現(xiàn)在,研究人員可以利用有關(guān)該計劃的知識,找到必須以精確的方式打開或關(guān)閉細胞以進行發(fā)育的基因 - 這是尋找恢復(fù)生育能力不足的男性生育能力的關(guān)鍵步驟。由于遺傳或環(huán)境原因。
調(diào)查結(jié)果激發(fā)了未來的研究成果
在擴大科學家對生殖細胞的認識的同時,這項工作還為研究界提供了有關(guān)支持精子發(fā)育的睪丸內(nèi)體細胞類型和狀態(tài)的新信息。
例如,這項工作捕獲了已知的細胞類型,例如產(chǎn)生睪酮的Leydig細胞,以及稱為Sertoli細胞的細胞,其作用類似于圍繞生殖細胞的護士細胞,在整個發(fā)育過程中保護它們并從外部環(huán)境傳遞信號。
有趣的是,該分析導(dǎo)致鑒定出類似于胚胎祖細胞的意外細胞群。這激發(fā)了該組織未來的工作,以更密切地關(guān)注這些細胞類型及其在成人睪丸中的潛力。
“只有通過了解生殖細胞和體細胞相互作用,我們才能開始在菜肴中高效安全地推動這一過程,”Hammoud說。
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