上海科学家发现精子发育过程中蛋白质翻译激活的重要机制

  • 日期:02-03
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据不完全统计,世界上大约有15-20%的不孕夫妇,其中近50%是由男性因素造成的。环境污染、生活压力、遗传疾病等因素是男性不育的重要原因,但目前半数以上的不育男性无法确定原因。中国科学院分子细胞科学卓越中心(生物化学与细胞生物学研究所,简称“分子细胞中心”)刘墨芳的研究团队与国内外许多实验室合作,发现精子中的PIWI/piRNA复合物可以作为蛋白质生产调控的“机器”,激活小鼠精子中的蛋白质翻译,确保功能精子的生产。该研究揭示了精子细胞翻译和蛋白质合成的新调节机制,为精子形成障碍和相关男性不育的诊断和治疗提供了理论基础和方法。研究结果于北京时间12月13日凌晨发表在国际顶级学术期刊《细胞》上。

在精子细胞进化成精子的过程中,随着精子的变形和细胞核的压缩,细胞核中的基因转录活动将在一定的发育阶段后完全停止。精子后期发育所需的基因需要预先转录成信使核糖核酸(mRNA),然后以抑制状态储存在精子中,直到特定发育阶段被激活翻译,合成蛋白发挥作用。这是精子形成过程中经典的“转录翻译解偶联”现象,但是“关机”后如何重启“仓库”中的基因呢?这在生殖生物学中一直是个谜,科学家们这次找到了打开“仓库”的钥匙。

刘默芳的研究团队与多个实验室合作,发现了一种动物生殖细胞特异性小分子非编码核糖核酸与PIWI家族蛋白复合物形成的动物生殖细胞特异性小分子核糖核酸“机器”,这也是生殖细胞独有的“正向”调节精子中核糖核酸的“恢复”,并进一步鉴定了真核翻译起始因子eIF3f和核糖核酸结合蛋白HuR“辅助”完成这一过程。借助于信使核糖核酸上的HuR识别“标签”,PIWI/piRNA可以在“信使核糖核酸仓库”中准确地选择目标信使核糖核酸,并与“信使核糖核酸仓库”外围自由的eIF3f合作,作为开启翻译的关键“钥匙”,开始目标信使核糖核酸翻译和蛋白质产物生成,从而保证精子的健康发育。如果这一过程失败,基因将不能及时激活产生蛋白质,导致精子发育和男性生殖异常。本研究发现了精子发育过程中蛋白质翻译激活的重要机制,极大地促进了我们对精子形成生物学过程的理解,并将为男性不育症的早期分子诊断和临床治疗提供理论依据和方法策略。在

图片中,piRNA(指挥棒)指挥PIWI(琵琶)、eIF3f(二胡)和HuR(竖琴),激活目标基因(五线谱)的翻译。音乐家面前的乐谱是编码“精子”的密码子。随着指挥棒的摆动,乐谱变成了优美的旋律,象征着精子的持续生产。图/图的赞助商

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