科學(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種蛋白質(zhì)-Ptbp2-控制著一個由200多個基因構(gòu)成的網(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)通過調(diào)節(jié)精子發(fā)育的每個階段中RNA的處理方式起作用。該研究發(fā)表在凱斯西儲大學(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)。這個過程 - “剪接” - 允許細(xì)胞選擇每個發(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。通過使用不同的修剪模式 - “ 選擇性剪接 ” - 細(xì)胞可以從單個基因產(chǎn)生多個蛋白質(zhì)藍(lán)圖。

開發(fā)精子比其他細(xì)胞類型更多地使用替代剪接技術(shù)。這在精子祖細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生高水平的可變剪接的RNA片段，也稱為生殖細(xì)胞?？茖W(xué)家們不確定生殖細(xì)胞是如何或為何以如此高的速率使用選擇性剪接。

“RNA剪接在精子發(fā)育中的重要性一直是一個長期存在的問題，”Licatalosi說。“幾十年來，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)育過程中產(chǎn)生更多選擇性剪接的RNA。但是，這是一個受到嚴(yán)格監(jiān)管的過程，還是具有生物學(xué)意義的過程，尚不清楚。”

Licatalosi的團(tuán)隊正在研究如何在精子發(fā)育過程中控制選擇性剪接。他們的工作重點是蛋白質(zhì)-Ptbp2-附著在剪接位點附近的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)育的四個不同階段研究了可變剪接RNA的水平和功能。

所有實驗均在凱斯西儲大學(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。

研究小組發(fā)現(xiàn)，如果沒有Ptbp2蛋白，在發(fā)育精子中的200多個基因的可變剪接就會出錯。許多受影響的基因編碼參與細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)運輸?shù)牡鞍踪|(zhì)。由于它們的失調(diào)，生殖細(xì)胞不能正常移動，運輸材料或與其他細(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)。實驗中的支持細(xì)胞在其細(xì)胞支架 - 細(xì)胞骨架中存在缺陷 - 它們用于物理移動并與生殖細(xì)胞相互作用。

Licatalosi說，“最激動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。這一觀察強調(diào)了細(xì)菌間雜交中調(diào)節(jié)細(xì)胞串聯(lián)的重要性。細(xì)胞和支持細(xì)胞。這種串?dāng)_對于確保生殖細(xì)胞完全發(fā)育并且在發(fā)育完成之前不會過早釋放至關(guān)重要。“

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

Licatalosi說：“適當(dāng)?shù)慕M織發(fā)育和功能取決于不同細(xì)胞類型的高度協(xié)調(diào)的網(wǎng)絡(luò)，以有序和及時的方式相互交流。這個過程中的缺陷是一系列人類疾病的基礎(chǔ)。我們的數(shù)據(jù)和其他實驗室的數(shù)據(jù)表明組織特異性剪接調(diào)節(jié)因子可能在建立適當(dāng)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“可能是無關(guān)緊要的，這是生殖細(xì)胞發(fā)育過程中發(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)管對于細(xì)胞完成發(fā)展至關(guān)重要。“

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