今天凌晨,導(dǎo)致男性不孕不育的一個(gè)重要謎底揭開:中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心(生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所,簡稱“分子細(xì)胞中心”)劉默芳研究組與國內(nèi)外多家實(shí)驗(yàn)室合作,發(fā)現(xiàn)精子細(xì)胞內(nèi)的PIWI/piRNA復(fù)合體可作為蛋白質(zhì)生產(chǎn)的調(diào)控“機(jī)器”,激活小鼠精子細(xì)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(xì)胞中翻譯和蛋白質(zhì)合成的新調(diào)控機(jī)制,為精子形成障礙及相關(guān)男性不育癥的診斷治療提供理論依據(jù)和方法技術(shù)。在國際頂級學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》上發(fā)表。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),全球約有15-20%的不孕不育夫婦,其中近50%是男性因素導(dǎo)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。
在精子細(xì)胞演變?yōu)榫拥倪^程中,隨著精子變形和細(xì)胞核的壓縮,到一定發(fā)育階段后,細(xì)胞核內(nèi)的基因轉(zhuǎn)錄活動(dòng)將完全停止,那些為后期精子細(xì)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(xì)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(jìn)入“倉庫”的mRNA重啟工作狀態(tài)?這一直是生殖生物學(xué)中一個(gè)不解之謎,科學(xué)家們這次找到了打開“倉庫”大門的關(guān)鍵“鑰匙”。
劉默芳研究組與多家實(shí)驗(yàn)室合作研究發(fā)現(xiàn),一類動(dòng)物生殖細(xì)胞特異性小分子非編碼RNA——piRNA,通過與同樣是生殖細(xì)胞特有的PIWI家族蛋白形成的PIWI/piRNA復(fù)合體“機(jī)器”,“正向”調(diào)控了精子細(xì)胞中mRNA的“復(fù)工”,并進(jìn)一步鑒定到真核生物翻譯起始因子eIF3f和RNA結(jié)合蛋白HuR“協(xié)助”完成此過程。
借助mRNA上的HuR識別“標(biāo)簽”,PIWI/piRNA可在“mRNA倉庫”中準(zhǔn)確地挑選靶標(biāo)mRNA,并與游離在“mRNA倉庫”外周、作為開啟翻譯關(guān)鍵 “鑰匙”的eIF3f 協(xié)同作用,啟動(dòng)靶標(biāo)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(shí)激活制造蛋白質(zhì),導(dǎo)致精子細(xì)胞發(fā)育受阻及雄性生殖異常。
此項(xiàng)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(jī)制,極大地促進(jìn)了我們對精子形成生物學(xué)過程的認(rèn)識和了解,將為相關(guān)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。
該項(xiàng)研究工作由分子細(xì)胞中心劉默芳研究組與武漢大學(xué)周宇研究組、上海市計(jì)劃生育科學(xué)研究所施惠娟研究組合作完成。
原載于文匯網(wǎng) 2019年12月13日
作者:許琦敏