基于转录组测序分析Ppp2ca条件性敲除小鼠的睾丸差异表达基因及相关通路

摘要

目的探讨蛋白磷酸酶2催化亚基α(protein phosphatase 2 catalytic subunit alpha,Ppp2ca)条件性敲除对小鼠睾丸生殖细胞差异表达基因(differentially expressed gene,DEG)及相关通路的影响。方法基于Cre-loxP原理构建生殖细胞中特异性敲除Ppp2ca基因的敲除小鼠(Ppp2ca^(cKO)),通过灭活蛋白磷酸酶2A(protein phosphatase 2A,PP2A)催化亚基PP2Ac的功能,以研究PP2A全酶在雄性生殖系统中的作用。敲除雄鼠至8周龄时,记录体质量及睾丸质量,取小鼠睾丸和附睾行组织学检测,同时检测小鼠血清中睾酮水平。收集睾丸组织进行转录组测序、基因本体学(gene ontology,GO)分析、京都基因与基因组百科全书(Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)生物信息学分析。结果Ppp2ca^(cKO)敲除鼠与Ppp2cactrl对照组小鼠的睾丸质量分别为(0.044±0.003)与(0.119±0.008)g(t=24.550,P<0.001),血清睾酮水平分别为(0.327±0.096)与(0.567±0.050)µg/L(t=3.899,P=0.018),Ppp2ca^(cKO)敲除鼠均低于Ppp2cactrl对照组。苏木精-伊红染色结果显示,在Ppp2ca^(cKO)敲除鼠的睾丸和附睾中均未观察到精子,生精小管中生精细胞数量及层次明显减少且伴有大量的空泡结构。转录组测序结果筛选出DEG共11304个(上调7568个,下调3736个);微小RNA(microRNA,miRNA)36个(上调8个,下调28个);长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)3732个(上调1107个,下调2625个)。Ppp2ca^(cKO)敲除鼠的DEG在多项GO富集类别中具有显著差异,如精子发生、精子细胞发育、精子运动、顶体囊泡、中心体、微管和线粒体外膜。此外,KEGG功能富集结果显示,DEG多与生化代谢途径和信号转导途径相关,主要影响了胞吞作用、肌动蛋白细胞骨架的调节、cAMP信号通路、Wnt信号通路、脂代谢、细胞色素P450、鞘磷脂信号通路等。这些DEG与精子发生密切相关。结论Ppp2ca敲除可引起PP2A功能异常,影响精子发生过程及睾丸发育相关信号通路的活性,导致小鼠精子发生受损,减数分裂阻滞,睾酮水平降低。