JCB | 袁水桥课题组揭示生精细胞P-body成分参与调控粗线期piRNA生成新机制

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关键词：细胞新机制揭示

资讯来源：BioArt

发布时间： 2023-03-22

piRNA是一类与PIWI蛋白结合的非编码小RNA，长度为24-32个核苷酸分子在生精细胞的发育过程中发挥重要的调控作用。piRNA的表达在生精细胞发育过程中呈现动态变化，可以分为前粗线期piRNA （pre-pachytene piRNA）和粗线期piRNA （pachytene piRNA），它们的生成方式存在明显的差异。前粗线期piRNA除了来自于基因组特定的piRNA转录位点转录加工外，还依赖于一种独特的次级生成机制——“乒-乓循环（Ping-pong cycle） ” 机制。这种独特的放大机制通过识别碱基互补的转座元件RNA链可以不断地消耗活跃的转座子（Transposal elements, TEs）转录本，在转座子沉默中发挥极为重要的作用。有趣的是，piRNA生成的“乒-乓循环”机制在粗线期piRNA产生中则需要被“冻结/抑制”，但其具体的抑制调控机理仍是未知。2015年，有研究组报道RNF17可能在粗线期piRNA生成过程中参与“乒-乓循环”抑制调控，但是并未明确RNF17在生精细胞中的具体定位以及参与调控粗线期piRNA生成的机理。

2023年3月17日，华中科技大学同济医学院生殖健康研究所袁水桥教授课题组在Journal of Cell Biology杂志上发表了题为 ADAD2 interacts with RNF17 in P-bodies to repress the Ping-pong cycle in pachytene piRNA biogenesis 的研究论文。该论文首次发现睾丸特异性表达蛋白ADAD2和RNF17均可定位在小鼠精母细胞P-body中，并揭示了ADAD2通过与RNF17互作抑制“乒-乓循环”参与调控粗线期piRNA生成，从而维持生精细胞的正常发育及功能。

在本研究中，课题组首先检测了ADAD2和RNF17在出生后小鼠生精细胞中的亚细胞定位，确定了其主要定位于粗线期精母细胞胞浆的P-body中，这一结构也是前粗线期piRNA生成过程中与生殖细胞颗粒（germ granules）互动，完成“乒-乓循环”机制的核心场所。接着，课题组利用免疫共沉淀-质谱串联（IP-MS）技术发现ADAD2是RNF17的关键互作蛋白，体外实验进一步表明RNF17的P-body定位依赖ADAD2的存在。随后通过分析Adad2和Rnf17基因敲除小鼠的表型，发现两者敲除小鼠存在高度一致的雄性不育表型，结合RNA-seq高通量测序技术，发现受到Adad2或Rnf17敲除影响的转录本也高度关联。而对粗线期精母细胞和圆形精子细胞的小RNA测序结果则直接证明了ADAD2缺失导致“乒-乓循环”机制在粗线期piRNA生成中异常激活。值得一提的是，精母细胞中P-body的完整性也受到ADAD2以及RNF17缺失的影响。

综上所述，本研究首次揭示了P-body中ADAD2和RNF17共同参与粗线期piRNA生成，并创新性的提出ADAD2作为RNF17的关键互作蛋白，抑制“乒-乓循环”以维持粗线期piRNA生成的准确性。

华中科技大学同济医学院生殖健康研究所2018级博士熊孟能（现就职于武汉大学人民医院生殖医学中心）、2021级硕士生尹丽莎、2020级硕士生桂以倩和2018级硕士吕春雨（现博士就读于北京大学）为该论文的共同第一作者，袁水桥教授为通讯作者。

文章链接：

https://doi.org/10.1083/jcb.202206067

制版人：十一

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