科學(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種蛋白質(zhì)-Ptbp2-控制著200多種基因的網(wǎng)絡(luò)，這些基因是精子發(fā)育和傳播的關(guān)鍵。該蛋白質(zhì)通過(guò)調(diào)節(jié)精子發(fā)育的每個(gè)階段中RNA的加工方式起作用。該研究發(fā)表在凱斯西儲(chǔ)大學(xué)醫(yī)學(xué)院RNA科學(xué)與治療中心助理教授Donny Licatalosi博士的Cell Reports上。

發(fā)育精子不斷切碎和修剪其遺傳物質(zhì)。這個(gè)過(guò)程 - “剪接” - 允許細(xì)胞選擇每個(gè)發(fā)育階段所需的基因。剪接產(chǎn)生小的修剪RNA片段作為蛋白質(zhì)藍(lán)圖。通過(guò)使用不同的修剪模式 - “選擇性剪接” - 細(xì)胞可以從單個(gè)基因產(chǎn)生多個(gè)蛋白質(zhì)藍(lán)圖。

開(kāi)發(fā)精子比其他細(xì)胞類(lèi)型更多地使用替代剪接技術(shù)。這在精子祖細(xì)胞(也稱(chēng)為生殖細(xì)胞)內(nèi)產(chǎn)生高水平的可變剪接的RNA片段?？茖W(xué)家們不確定生殖細(xì)胞是如何或?yàn)楹我匀绱烁叩乃俾适褂眠x擇性剪接。

“RNA剪接在精子發(fā)育中的重要性一直是一個(gè)長(zhǎng)期存在的問(wèn)題，”Licatalosi說(shuō)。“幾十年來(lái)，我們已經(jīng)知道，與大多數(shù)其他發(fā)育系統(tǒng)相比，在生殖細(xì)胞發(fā)育過(guò)程中產(chǎn)生更多可變剪接的RNA。但是，這是一個(gè)嚴(yán)格調(diào)控的過(guò)程，還是具有生物學(xué)意義的過(guò)程，尚不清楚。”

Licatalosi的團(tuán)隊(duì)正在研究如何在精子發(fā)育過(guò)程中控制選擇性剪接。他們的工作集中在蛋白質(zhì)-Ptbp2-附著在剪接位點(diǎn)附近的RNA上。了解生殖細(xì)胞中的RNA剪接可以幫助研究人員更好地理解人類(lèi)發(fā)育缺陷背后的機(jī)制。

研究人員刪除了生殖細(xì)胞中編碼Ptbp2的基因，然后在精子發(fā)育的四個(gè)不同階段研究了可變剪接RNA的水平和功能。

所有實(shí)驗(yàn)均在凱斯西儲(chǔ)大學(xué)(CWRU)醫(yī)學(xué)院進(jìn)行。CWRU Genomics Core輔助遺傳研究，CWRU組織資源核心幫助制備小鼠細(xì)胞和組織樣本。Licatalosi還與CWRU病毒學(xué)，新一代測(cè)序和成像核心合作，觀察基因修飾細(xì)胞如何在高倍顯微鏡下與其他細(xì)胞相互作用。

該研究小組發(fā)現(xiàn)，如果沒(méi)有Ptbp2蛋白，在開(kāi)發(fā)精子中的200多個(gè)基因的可變剪接就會(huì)出錯(cuò)。許多受影響的基因編碼參與細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)運(yùn)輸?shù)牡鞍踪|(zhì)。由于它們的失調(diào)，生殖細(xì)胞不能正常移動(dòng)，運(yùn)輸材料或與其他細(xì)胞通信。遺傳修飾的生殖細(xì)胞從未適當(dāng)?shù)匕l(fā)育成精子。結(jié)果表明，Ptbp2是生殖細(xì)胞內(nèi)RNA剪接過(guò)程的核心，因此也是適當(dāng)?shù)木影l(fā)育的核心。

最引人注目的是，刪除主要蛋白質(zhì)也會(huì)影響其他細(xì)胞 - 支持細(xì)胞 - 這些細(xì)胞可作為培養(yǎng)生殖細(xì)胞的指導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)中的支持細(xì)胞在其細(xì)胞支架 - 細(xì)胞骨架中存在缺陷 - 它們用于物理移動(dòng)并與生殖細(xì)胞相互作用。

Licatalosi說(shuō)：“最激動(dòng)人心的部分是生殖細(xì)胞中的剪接缺陷，僅由生殖細(xì)胞中的剪接調(diào)節(jié)基因缺失引起，導(dǎo)致鄰近的Sertoli細(xì)胞出現(xiàn)缺陷。這一觀察強(qiáng)調(diào)了細(xì)菌間細(xì)胞串?dāng)_的剪接調(diào)節(jié)的重要性。細(xì)胞和支持細(xì)胞。這種串?dāng)_對(duì)于確保生殖細(xì)胞完全發(fā)育并且在開(kāi)發(fā)完成之前不會(huì)過(guò)早釋放至關(guān)重要。“

“在精子發(fā)生過(guò)程中，選擇性剪接的動(dòng)態(tài)，調(diào)節(jié)和功能在很大程度上仍未得到探索。在本報(bào)告中，我們提供的數(shù)據(jù)可以顯著提高我們對(duì)這些方面的知識(shí)，”作者寫(xiě)道。

Licatalosi說(shuō)：“適當(dāng)?shù)慕M織發(fā)育和功能取決于不同細(xì)胞類(lèi)型的高度協(xié)調(diào)的網(wǎng)絡(luò)，以有序和及時(shí)的方式相互交流。這個(gè)過(guò)程中的缺陷是一系列人類(lèi)疾病的基礎(chǔ)。我們的數(shù)據(jù)和其他實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)表明組織特異性剪接調(diào)節(jié)因子可能在建立正常組織發(fā)育和功能所必需的細(xì)胞 - 細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。“

根據(jù)Licatalosi的研究，之前的研究表明，高水平的剪接RNA“可能是無(wú)關(guān)緊要的，這是生殖細(xì)胞發(fā)育過(guò)程中發(fā)生的高水平基因表達(dá)的假象。我們的數(shù)據(jù)認(rèn)為，精子發(fā)育中的替代RNA表達(dá)是高度調(diào)節(jié)的，監(jiān)管對(duì)于細(xì)胞完成開(kāi)發(fā)至關(guān)重要。“

“我們研究提供的新見(jiàn)解來(lái)自遺傳，細(xì)胞，生物化學(xué)，生物信息學(xué)和深度測(cè)序方法的整合，”Licatalosi指出。