據(jù)不完全統(tǒng)計，全球約有15-20%的不孕不育夫婦，其中近50%是男性因素導致。環(huán)境污染、生活壓力、遺傳病等因素是造成男性不育的重要原因，但目前有一半以上不育男性無法明確其病因。中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心（生物化學與細胞生物學研究所，簡稱“分子細胞中心”）劉默芳研究組與國內(nèi)外多家實驗室合作，發(fā)現(xiàn)精子細胞內(nèi)的PIWI/piRNA復合體可作為蛋白質(zhì)生產(chǎn)的調(diào)控“機器”，激活小鼠精子細胞中蛋白質(zhì)的翻譯，保障功能性精子的生成。該研究揭示了精子細胞中翻譯和蛋白質(zhì)合成的新調(diào)控機制，為精子形成障礙及相關男性不育癥的診斷治療提供理論依據(jù)和方法技術。該成果于北京時間今天凌晨在國際頂級學術期刊《細胞》上發(fā)表。

　　在精子細胞演變?yōu)榫拥倪^程中，隨著精子變形和細胞核的壓縮，到一定發(fā)育階段后，細胞核內(nèi)的基因轉(zhuǎn)錄活動將完全停止，那些為后期精子細胞發(fā)育所需的基因都需要提前轉(zhuǎn)錄為信使核糖核酸（mRNA），然后以抑制狀態(tài)儲存在精子細胞中，直到特定的發(fā)育階段再被激活翻譯，合成蛋白質(zhì)發(fā)揮作用。這就是精子形成過程中經(jīng)典的“轉(zhuǎn)錄-翻譯解偶聯(lián)”現(xiàn)象，但如何讓“停工”進入“倉庫”的mRNA重啟工作狀態(tài)？這一直是生殖生物學中一個不解之謎，科學家們這次找到了打開“倉庫”大門的關鍵“鑰匙”。

　　劉默芳研究組與多家實驗室合作研究發(fā)現(xiàn)，一類動物生殖細胞特異性小分子非編碼RNA——piRNA，通過與同樣是生殖細胞特有的PIWI家族蛋白形成的PIWI/piRNA復合體“機器”，“正向”調(diào)控了精子細胞中mRNA的“復工”，并進一步鑒定到真核生物翻譯起始因子eIF3f 和RNA結合蛋白HuR“協(xié)助”完成此過程；借助mRNA上的HuR識別“標簽”，PIWI/piRNA可在“mRNA倉庫”中準確地挑選靶標mRNA，并與游離在“mRNA倉庫”外周、作為開啟翻譯關鍵 “鑰匙”的eIF3f 協(xié)同作用，啟動靶標mRNA翻譯和蛋白質(zhì)產(chǎn)物生成，從而保證精子健康發(fā)育。若此過程出現(xiàn)故障，mRNA將無法被及時激活制造蛋白質(zhì)，導致精子細胞發(fā)育受阻及雄性生殖異常。此項研究發(fā)現(xiàn)了精子發(fā)育過程中蛋白質(zhì)翻譯激活的重要機制，極大地促進了我們對精子形成生物學過程的認識和了解，將為相關男性不育癥的早期分子診斷及臨床治療提供理論依據(jù)和方法策略。

　　原載于話匣子 2019年12月13日

　　作者：李雪梅