精子发生过程中几个重要基因的研究进展 发表时间：2012-03-19T16:47:41.217Z 来源：《中外健康文摘》2012年第2期供稿作者：高岭1 常娅莉2 李何3 [导读] 由于生精细胞的发育需要严格的特殊环境，缺少体外培养模型，长期制约着精子发生分子机理的研究。 高岭1 常娅莉2 李何3 （1河南郑州市第六人民医院 450000） （2河南郑州市儿童医院 450053;3河南信阳职业技术学院化学工程系 464000） 【中图分类号】R36【文献标识码】A【文章编号】1672-5085（2012）2-0085-02 【摘要】人类不育影响着大约10%-15%的夫妇。不育的原因夫妇双方各占一半。男性不育的病因很多，其中一部分原因尚不明了。人类的研究初步表明，有2000个以上的基因参与了生精过程。而鉴定精子发生的关键基因以及阐明其功能又是研究精子发生分之机制的核心任务。本文简述了与精子发生相关的年几个关键基因的研究新进展。 【关键词】精子发生沙文基因热休克蛋白干细胞因子 哺乳类动物的精子发生是一个复杂的细胞分化过程，可分为三个阶段：有丝分裂期、减数分裂期和精子形成期。然而这个过程又受许多特异分子及细胞间作用的严格调节，雄性哺乳类个体大致从内源性、相互性、外源性三个层次对这一过程的基因表达进行调控[1]。生精细胞内源性机制调控不同的基因按严格的时间、空间特定表达，以保证精子发生中的关键事件，如减数分裂、精子变态等特异性活动能正常进行。在精子发生过程中有许多睾丸特异性的基因表达，Eddy将之统称为“沙文基因”(Chauvinist genes)[2]。这些基因具有生精细胞特异性，有的仅仅为生精细胞特异表达，还有的基因是表达特异转录本的基因。这些基因从多个层次对精子发生过程进行调控，最终造就了高度特异的雄性配子。 1 干细胞因子(stem cell factor,SCF)/c-kit系统 干细胞因子(Stem celf actor,SCF)及其受体原癌基因蛋白质(C-kit)之间相互作用对原始生殖细胞迁徙、存活和粘连及其他阶段生殖细胞增殖、分化、减数分裂和细胞凋亡有重要的旁分泌调控作用。大量资料表明，SCF/c-kit系统在原始生殖细胞(Primordial germ cells,PGCs)和其他阶段生殖细胞正常发育中起重要作用人干细胞因子(hSCF)的编码基因外显子6和7编码的穿膜区N端部分有两个酶切位点，这两个位点在转录时经不同拼接，产生2种不同的SCF，即SCFs(可溶型)和SCFm(膜结合型)，分别具有不同信号传导途径和生物学功能[3]。C-kit是一种原癌基因，其表达产物是细胞膜上酪氨酸激酶受体，由975个氨基酸组成，分为膜外区、跨膜区和胞质内区。其膜外区有5个免疫球蛋白(Ig)样结构域，可与SCF特异结合，并引起受体的二聚化及信号转导，从而发挥干细胞因子的生物学功能另外，SCF/c-kit对睾丸生精细胞的增殖、分化也有调节作用。在发育成熟后的睾丸中，支持细胞(Sertoli cel1)是唯一一种能产生SCF的细胞[4]。而SCF在支持细胞中表达，还受到生长调节因子和促卵泡激素的调节。在体外培养的支持细胞中发现FSH能刺激SCF的表达[5]。 2 热休克蛋白HSP70(heat-shock protein 70) 热休克蛋白HSP70家族成员是一类70kD大小的ATP依赖性的分子伴侣，能结合到新生的多肽疏水结构域，帮助新生蛋白进行折叠、转运及装配形成复合体。这类蛋白大多在体内稳定表达或者能在热激或其他压力诱导下表达。小鼠生精细胞表达5种HSPTO蛋白，其中3种蛋白在体细胞中也有表达，另外两种蛋白HSP70—2和HSC70T则在生精细胞中特异表达。HSP70—2蛋白在减数分裂细线期和偶线期都有表达，并且在粗线期精母细胞中高表达，而HSC70T则在减数分裂后的精子细胞中表达。 3 cAMP应答元件调节因子(cAMP response element modulator CREM) CREM在精子发生中特别是减数分裂后阶段发挥至关重要的作用。CREM是cAMP应答元件结合蛋白(cAMP response element binding protein,CREB)的家族成员，其在睾丸组织内的表达比其他组织高100倍[6]。CREM通过识别并结合到靶基因的CRE上，对靶基因进行转录调。 4 TATA结合蛋白(TATA-binding protein，TBP)及TBP相似因子(TLF) 在男性生殖细胞中，基因转录除受到如CREM等激活蛋白的调控，同样还需要相应的转录起始复合物结合到基因的转录起始位点。在精子发生过程中，许多基因启动子区都带有TATA序列，TBP作为转录因子复合物的一员，与TATA-box特异性结合，激活这些基因的转录。研究发现，TBP的表达在圆形精子期有明显的上调，这一时期基因开始大量转录研究表明，TLF在睾丸中的表达相对于其他组织要高很多，并且TLF缺失的小鼠单倍体精细胞凋亡数明显增加、顶体异常、异染色质中心断裂以及睾丸特异性基因的异常表达，最终导致不育[7,8]。 5 结语 由于生精细胞的发育需要严格的特殊环境，缺少体外培养模型，长期制约着精子发生分子机理的研究。但近年来随着分子生物学技术的快速进展，使得对精子发生相关基因的认识取得了很大的进步。减除杂交、差异显示技术的应用获得了许多与精子发生及成熟相关的基因[9,10]。转基因小鼠及基因敲除小鼠模型的建立鉴定出了许多调节精子发生的基因，促进了对精子发生分子机理的认识。近来发展起来的基因芯片技术可以高通量地研究基因表达特征及大规模快速克隆新基因。RNA干扰技术的建立是研究基因功能快速有效的方法法。有理由相信，随着分子生物学实验技术的不断发展和实验模型的建立，与精子发生相关的重要基因的将不断被发掘，对其深度的研究也将大大加强。 参考文献 [1]Eddy EM.Male germ cell gene expression. Recent Progress in Horm one Research,2002,57(1):103-128. [2]Eddy EM.Chauvinist genes of male germ cells:gene expression during mouse spem mtogenesis.Reprod Fertil Dev,1995,7(4):695-704. [3]Anderson DM,Lyman SD,Daird A,et a1.Molecular cloning of mast cell growth factor,a hematopoietin that is active in both menbranebound and soluble form s.Cell,1990,63,235-243. [4]李泽延,桂耀庭,蔡志明.精子发生中几个关键基因的研究进展.国际泌尿系统杂志,2006,26(2):240-244. [5]Yan W, Linderborg J, Suominen J, et a1. Stage specific regulation of stem cell factor gene expression in the rat seminiferous epithelium. Endocrinology, 1999, 140: 1499-1504. [6]Krausz C, Sassone-Corsi P. Genetic control of sperm iogenesis: insights from the CREM gene and implications for human infertility.
精子的形成过程 精子的形成过程：精子的形成过程是非常复杂的，精子细胞经过精子的形成过程形成成熟的具有活力和受精能力的精子。这一过程中精子细胞不再分裂，而主要是形态和功能上的巨大变化。精子的形成过程中的主要变化有：形成鞭毛(尾部)，使精子具备了活动的能力；形成包含有精子受精时需要的酶的顶体；核蛋白及染色体的凝聚形成精子头部；精子细胞多余胞浆的去除以及将成熟的精子释放至曲细精管管腔。其中有些变化是同步进行的，但为了更好地阐述精子的形成过程，一般将其分为四个时期：高尔基期、顶帽期、顶体期和成熟期。相对应这几期，根据核的形态及鞭毛和顶体的发育又将精子细胞分为6种类型：Sa，Sb1，Sb2，Sc，Sd1，Sd2。 精于细胞靠近曲细精管管腔，呈球形，体积较小，为初级精母细胞的一半大小，但核相对体积较大，呈圆形，位于细胞中央，染色质呈细颗粒状，染色淡。在胞质中可见一系列细胞器，线粒体较少，沿着细胞膜排成一圈，还有中心粒、内质网和高尔基体等。高尔基体是精于细胞中一种活跃的细胞器，它是联系各种细胞器的一个中心环节，在精子形成过程中起重要作用。在精于发育过程中，高尔基体的超微结构有着规律性的变化。 1．高尔基期在高尔基期，Sa型精于细胞的高尔基体先形成几个圆形小泡，称前顶体囊泡，内有致密的颗粒称前顶体颗粒，随后前顶体囊泡融合成一个大的顶体囊泡，与核膜相贴，向一侧扩大，标明精子细胞的头侧．一对中心粒则向另一方向(精于细胞尾部)的细胞表面移动。近侧中心粒贴近核尾端，远侧中心粒将形成鞭毛的轴丝，包括周边的9对和中心的l对微管(后面将详述)。高尔基期的精子细胞相当于Sa型精子细胞，特征是核圆形，位于细胞中央，染色质细颗粒状，染色较浅，有散在的不规则的块状染色质，核的表面有半圆形的顶体囊泡。 2．顶帽期在顶帽期，顶体囊泡变成扁平状，覆盖于精子细胞表面。顶体囊泡扩大并向细胞核两侧延伸形成顶帽。核染色质逐步致密，高尔基体移向精子细胞的尾端。Sb1型精子细胞的核形态略不规则，位于细胞中央。Sb1型精子细胞旋转，使精子细胞的顶帽朝向基底层，而尾部伸向曲细精管的管腔。 3．顶体期在顶体期，顶体帽进一步扩大，顶体物质弥散于整个顶体帽中，顶体帽变成了顶体。细胞核变长并进一步浓缩，由细胞中央移向细胞的头端。与此同时胞浆移向细胞的另一端。胞浆内纵向排列的与发育中的鞭毛平行的微管形成一个圆柱状的鞘，称精子颈部。这一时期，精子尾部也进一步发育，精子颈部与中间段的9根外周致密纤维相融合，这些纤维围绕鞭毛轴丝作同心圆排列，在中段前端，致密纤维最粗，以后随着精于尾部直径变细，外周致密纤维也逐渐变细。中段的外周致密纤维外还有螺旋状排列的线粒体，为精子的运动提供能量。 Sb2型精子细胞的特征是核伸长并向前移动造成核的偏位现象，染色质呈致密均质状，细胞核与胞质膜相接触，与顶体相对的另一极，开始形成颈部与鞭毛。Sc型精子细胞的核进一步伸长、浓缩，核的形状呈梨形，颈部达到最长并围绕着清楚可见的鞭毛。在Sd1型精子细胞，核更加浓缩并变扁，鞭毛更加清晰可见，颈部变得难以辨认。 4．成熟期在精子形成的最后这个阶段，精子细胞部分细胞质脱落，被Sertoli细胞吞噬，在Sertoli细胞内形成球形的胞浆残滴，一小部分胞质仍残留在精子头部与尾部连接处，这部分胞浆残滴在精于释放至曲细精管后进一步的成熟过程中脱去。精子从Sertoli细胞释放出称精子释出，它是精子发生中的一个重要的环节，因为它很易受异常的内分泌环境及外界的影响，如过热、化学物质等都会导致释出精子数的减少。Sd2型精子细胞的鞭毛周围有线粒体环绕，形成中段，核则与Sd1型精子细胞的相似。 精子在男性生殖道中输出的过程中，精子形态上还有微小的变化，但重要的是功能上的
精子卵细胞的形成及受精作用 开课教师：胡彬 开课班级：高二（5）班 开课时间：2006年12月21日教学目标 知识与技能 1．掌握精子和卵细胞的形成过程； 2．减数分裂和受精作用的意义。 过程与方法 1．通过学习精子和卵的形成过程，进一步掌握减数分裂过程中染色体行为的变化； 2．通过对精子和卵形成过程的比较，提高自身的归纳、总结、比较能力。 情感态度与价值观 通过本节课的学习，明白世界上的每一个人都是一个独立而又唯一的个体，能够健康的来到这个世界是多么的幸运和不容易，要尊重和珍爱自己、他人的生命。 教学重点 精子和卵细胞的形成过程 教具准备 多媒体课件、自制染色体磁性贴 教师结合减数分裂图讲述 精子形成过程，及各分裂段细 胞的名称。
幻灯片：精子结构模式图 知识介绍：在变形的过程中， 精细胞的细胞核集中在精子的 头部，部分细胞质集中在精子 的颈部和长长的尾部，大部分 细胞质及多数细胞器在变形时 被丢弃，全部线粒体被保留下 来并集中在颈部。 提问：这对精子有什么意义？ 答。 教师介绍卵巢是形成卵细 胞的场所。卵巢中的卵原细胞， 通过减数分裂产生卵细胞。请 学生观察书上卵细胞的形成过 程，并与精子形成图作比较，
学生任务
课后反思 比较满意的地方 1．制作了染色体磁性贴，传统与现代教学技术有机结合。本节课将“减数分裂各时期细胞内染色体行为变化”在学习“精子和卵细胞形成过程”之前作为复习引入。一方面要求学生在练习纸上画出减数分裂各时期细胞内染色体的行为，另一方面由一位学生用磁性贴到黑板上排出，目的是为了检查学生是否掌握好了此内容。通过教学发现磁性贴的好处是便于修改，而用多媒体课件就无法做到这点。 2．利用“受精作用及胎儿在母体内孕育过程”录象来激发学生对生命的感悟，学生对此录象非常感兴趣，课上有的学生说：“生命太奇妙了”，有的说：“人真是太强大了”，有的说：“要珍惜自己的生命”。通过学生谈观后体会，在无形中渗透了生命教育。 3．整节课思路比较清晰，各知识点之间过渡衔接较好。通过设疑—思考—回答、课上画或排染色体行为变化和归纳总结精卵形成过程不同点来落实重点，引导学生积极主动参与到教学中。 不足之处 课堂气氛沉闷。一方面教学内容较难，本人也发现科普类的课简单与生活较贴近，学生总能说出点什么，容易调动气氛。而知识点较复杂的课，课堂气氛总是不尽人意。另一方面由于听课教师、家长太多（整整塞满了一个教室，还有很多老师搬着凳子坐在外面，通过窗户听课），在这样的一个环境中，开课班级学生出现了与平时截然不同的反应，甚至是很奇怪的现象，本来观看录象是本节课的高潮部分，很多班级看到此内容，都会发出感叹忍不住要议论纷纷，而开课的班级学生竟然只是仰着头看，没有发出任何的声音，教室里异常地安静。这又使我发现了两个值得探究的地方，一个是教学内容既然很难，那么教师如何来调动学生的课堂气氛；另一个是我觉得教师应当在开课之前关心学生的心理，因为每次开课我们似乎都只考虑到教师会紧张，而学生呢？其实学生也会很紧张，怕说错了丢教师和自己的面子，所以作为老师应当在开课之前关心一下你的学生，帮助他们减减压，对学生进行适当的心理辅导也是一种生命的教育。最后使学生能够明白：区级公开课不光是在提高教师的专业水平，也是在培养你们的胆量，锻炼你们的口头表达的能力，是一个很好的展示自己的机会，你们应当牢牢抓住这样的好机会。
生物必修二第二章第二节 《精子的形成过程》教案 生物组 吴晓庆
生物必修二第二章第一节《减数分裂和受精作用》 《精子的形成过程》教案 一、教学目标 (一)知识目标 1．了解减数分裂的概念。 2．通过精子的形成过程掌握减数分裂过程及图解。 (二)能力目标 1．通过精子的形成过程，训练学生的识图能力。 2．观察有丝分裂和减数第二次分裂的染色体特点，培养学生的发现能力。 3. 通过小组合作培养学生合作、交流能力。 (三)情感目标 减数分裂过程中，染色体形态数目发生一系列规律性变化，通过受精作用使生物前后代之间能保持染色体数目的恒定，引导学生了解生命是运动的、有规律的。 二、教学重点、难点、疑点及解决方法 1．教学重点及解决办法 精子的形成(减数分裂)过程及图解 [解决办法] （1）讲清减数分裂的整个过程，弄清减数分裂中各个时期的特点及变化。 （2）利用多媒体以动画形式表现减数分裂过程。 2．教学难点及解决办法 减数分裂过程中染色体数目、行为变化 [解决办法]小组合作，用黄、棕两种颜色的纸条模拟减数分裂过程中染色体的行为变化。 3．教学疑点及解决办法 (1)为什么说经过减数第一次分裂后，染色体数目就减少了一半 [解决办法] (1)从减数第一次分裂过程来看，染色体数目没增加，却平均分到两个细胞中。从教材插图上看，减半的原因，是同源染色体的分开。 三、课时安排1课时。 四、教学方法讲授法、讨论法、直观演示法。
五、教具准备 精子形成过程PPT、课前剪好并分好组的用来模拟同源染色体的彩色卡纸条、模拟细胞的白纸 六、学生活动设计 1．根据亲子代之间染色体数目的稳定性推出成熟生殖细胞的形成方式：减数分裂 2．阅读减数分裂概念，找出减数分裂的特点。 3．推论联会，四分体时期染色体、DNA及染色单体的数量。 4．分析染色体数目减半的原因。 7．根据PPT，利用教具模拟精子形成过程中各个时期的染色体行为。 七、教学步骤 (一)明确目标 多媒体教学银幕上显示本堂课的教学目标。 了解减数分裂的概念，通过精子的形成过程，掌握减数分裂过程及图解。 (二)重点、难点的学习与目标完成过程 引言：个体的发育起点是受精卵。假如精子和卵细胞都是通过有丝分裂形成的，那么，子女体细胞中的染色体数目会发生变化吗 请推测：成熟的生殖细胞究竟是怎样产生的 减数分裂与有性生殖细胞的成熟 1．减数分裂 学习阅读教材，要求学生说出减数分裂的概念，并勾书，找出减数分裂的特点。强调：连续分裂两次而染色体只复制一次，分裂的结果，染色体数目减半。 讲述：减数分裂是怎样进行的，染色体数目是如何减少的呢下面，我们结合动物的精子的形成过程，讲述减数分裂的基本过程。 2．精子的形成过程 讲述：精子在精巢中形成。 (多媒体银幕显示精子形成过程的静止图像。) 在精巢中，通过有丝分裂产生了精原细胞。根据有丝分裂的特征，可知精原细胞的染色体数目与体细胞染色体数目存在一个什么关系(要求学生答出：相同。)在精原细胞时期，进行了染色体复制。此时相当于有丝分裂的哪一个时期(要求学生答出：间期。)复制的结果，染色体由(板画)，也和有丝分裂间期一样，染色体是细丝状，用光学显微镜是看不到的。而
第三章精子发生与成熟 在有性生殖的生物体中，细胞可以分为两大类：体细胞（somatic cells）和生殖细胞（germ cells）。有性生殖周期是体细胞与生殖细胞相互转变的过程。在胚胎发育的早期，部分体细胞可分化为生殖细胞。生殖细胞在分化过程中发生了减数分裂，由二倍体的细胞产生了单倍体细胞：精子和卵子。精、卵通过受精重新形成二倍体的细胞，开始下一轮的生命周期。 在高等生物的机体中，只有一小部分细胞为生殖细胞，然而它们是正常生命周期中的一个关键环节。二倍体细胞在形成单倍体细胞的过程中，发生了减数分裂。其间，同源染色体间DNA发生重组，产生的每个单倍体生殖细胞都含有不完全相同的基因组合。因此，精卵结合形成的子代在遗传学上互不相同，也不同于他们的亲代，这一生殖模式最大的优点是保持着物种的多样性。 在多数物种中，只有两类生殖细胞：卵子和精子。这两种细胞具有很大的区别，卵子是机体中最大的细胞，而精子通常最小。这种结构最适合于所带基因的扩增。卵子是不运动的，但通过提供大量生长发育所需的原料来帮助保存母本基因。与此相反，精子通过利用这一母本资源来扩增父本基因：它通常有较强的运动能力，为流线形，以适应有效的受精。 精子起源于原始生殖细胞。在胚胎发育的早期，少数细胞形成配子（gamete）的前体，称之为原始生殖细胞（primordial germ cells, PGCs）。其后，原生殖细胞迁移到早期的性腺——生殖嵴（genital ridge），在那里进行一段时间的有丝分裂繁殖，然后部分细胞进入减数分裂，并进一步分化为成熟的配子：精子或卵子。睾丸是精子发生的场所，在这里PGCs发育为原始精原细胞（primitive spermatogonia），进入精子发生过程，经过减数分裂、及一系列形态变化，最后形成特殊形态的完整精子。在曲细精管中形成的精子并没有完全成熟，需要进入附睾，在附睾管运行过程中，吸收多种物质，发生一系列形态、生理和生化方面的变化，完成成熟过程，形成具有一定活力的精子。 第一节精子发生 精子发生（spermatogenesis）是指精原细胞(spermatogonium)经过一系列的分裂增殖、
