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热激蛋白90(Hsp90)是一类高度保守的分子伴侣,普遍存在于真核生物与原核生物当中。它既帮助许多底物蛋白正确折叠及结构调整;也介导压力诱导的变性蛋白的重新折叠或者降解这些变性蛋白。在精子冷冻过程中,精子遭受到了巨大的冷冻压力,这种压力反映在精子的活力、膜脂的变化以及Hsp90蛋白的表达变化上。本研究的主要内容为:1)以斑马鱼和孔雀鱼为研究材料,探索了精子在超低温冷冻保藏后Hsp90蛋白的变化、精子活力的变化;2)以鲈鱼和鮸鱼为实验材料,研究其精子在超低温冷冻保藏后的Hsp90蛋白的变化、精子活力的变化;3)以前两个实验结果作为基础,进一步研究精子在环境温度压力下的精子活力变化与Hsp90蛋白表达变化的联系;4)初探以人精子作为实验材料,研究人精子在超低温冷冻解冻后其精子特质与Hsp90蛋白表达变化的关系以及膜电位、膜脂胆固醇的变化。
孔雀鱼与斑马鱼都为经典的实验模式生物,对其精子超低温冷冻条件的研究已有很多,因此进一步对精子冷冻的损伤机制的研究是很有必要的,本实验分别取20条性成熟的雄性斑马鱼和孔雀鱼,用精子动力辅助分析仪(CASA)检测鲜精活力后,将活力>50%的孔雀鱼鲜精和活力>70%的斑马鱼鲜精各自混合制成精子悬浮液,混合后的样本各1个,然后进行冷冻。分别检测冻前与冻后的精子活力与热激蛋白90的表达水平。热激蛋白表达的检测采用变性聚丙烯酰胺凝胶电泳法(SDS-PAGE)Western blot法,表达水平用Bio-Rad Quantity One4.6软件分析。结果显示,热激蛋白90在斑马鱼精子冻前与冻后的表达水平从7.30±0.25显著降低至2.86±0.32(P<0.05);在孔雀鱼冻前与冻后的表达水平则从11.26±1.18显著降低至3.48±0.39(P<0.05)。且孔雀鱼与斑马鱼的精子活力在冷冻后都显著性降低(P<0.05)。结果显示冷冻后精子活力与Hsp90蛋白表达表现为都下降。鲈鱼与鮸鱼都是具有重要经济价值的海产鱼类,对这两种鱼的精子进行超低温冷冻和解冻,检测冷冻前后其精子的活力与Hsp90蛋白水平。鮸鱼平均精子活力由冷冻前的90%±3%降至冷冻后的81%±5%(P<0.05);Hsp90蛋白表达量也由冷冻前的3.41±0.31降到冷冻后的1.96±0.25(P<0.05);鲈鱼平均精子活力由冷冻前的91%±4%降至冷冻后的81%±5%(P<0.05);Hsp90蛋白表达量由冷冻前的2.43±0.21降到冷冻后的1.05±0.28(P<0.05)。数据显示,鲈鱼和鮸鱼的精子在经受超低温冷冻后,其精子活力与Hsp90蛋白也表现出与孔雀鱼和斑马鱼相似的结果。
为进一步研究精子活力与Hsp90蛋白之间所表现出的这种类似结果,以孔雀鱼精子作为实验研究对象,将20条孔雀雄鱼的鲜精精子用CASA分别测其活力,根据WHO标准,以TM(Total Motility)=50%为界,将TM>50%的精子混合为一组,TM<50%的精子混合成另一组。同时给予两组精子冷刺激,冷刺激时间设为0min,15min,30min,1h,2h和4h。同步,设两组(TM>50%和TM<50%)精子在室温下放置0min,15min,30min,1h,2h和4h作为一个与冷刺激下的对照。结果表明:在冷刺激下,TM>50%的精子Hsp90蛋白随着冷刺激时间的延长,蛋白具有下降的趋势,在15min时,Hsp90表达有所下降(P>0.05),但在30rain时间点,却稍有升高(P>0.05),此后则表达显著降低(P<0.05),且1h,2h与4h之间没有显著性的差异(P>0.05);TM<50%的精子,Hsp90蛋白的变化与TM>50%组的精子呈现相似变化规律,但其在15min时Hsp90蛋白量是显著性的降低的(P>0.05)。冷刺激的精子活力变化:TM>50%的精子,其精子活力在前15min无明显降低(P>0.05),30min时开始显著性降低(P<0.05),此后继续降低,但1h,2h与4h之间没有显著性的差异(P>0.05),这与Hsp90蛋白在冷刺激条件下所表现出的变化相似;TM<50%的精子,其精子活力在前15min也无明显降低(P>0.05),30min时开始显著性降低(P<0.05),直到2h后,开始无明显变化(P>0.05)。这种相似变化通过对6个不同时间点的数据进行相关性分析,结果TM>50%,相关系数为:0.83789;TM<50%,相关系数为:0.59248。由此表明,精子活力与Hsp90蛋白表达具有一定相关性,精子活力的下降可能是由于Hsp90蛋白表达量的降低。