NAR｜袁水橋/張慶華/陳曉旭團隊聯合揭示RNA結合蛋白hnRNPK調控生精細胞發育的新機制

精子發生是一個高度協調且復雜的過程，主要包括精原細胞的自我更新與分化 、 減數分裂 、 精子變形等過程。在這一過程中，細胞需要在特定時間點完成基因表達程序重構，任何關鍵節點發生異常都可能導致精子發生阻滯，進而引發少精癥或無精子癥等男性不育問題。近年來， 人們逐漸 認識到精子發生不僅受到轉錄水平的調控，更受到廣泛的轉錄后調控 ， 其中 RNA 結合蛋白（ RNA-binding proteins, RBPs ） 在轉錄后調控中 扮演著關鍵 角色。 hnRNP 家族蛋白 作為典型的 RNA 結合蛋白已被證實 參與多種疾病的發生發展 ， hnRNPK 作為其中一員，可參與 mRNA 剪接、轉運、穩定性調控以及翻譯調控等多個環節。 現有 研究提示 hnRNPK 在多種組織細胞中發揮 有 重要的轉錄后調控， 并參與 雄性生殖細胞發育 。然而，有關 hnRNPK 在精子發生中的具體分子機制仍 不十分清楚 。

近日 ， 華中科技大學 同濟醫學院 生 殖健康研究所 袁水橋 教授團隊，聯合 武漢市中心醫院 張慶華 教授、 西北農林科技大學動物科技學院 陳曉旭 副 教授 ，在 Nucleic Acids Research 雜志上發表了題為Azoospermia phenotype andscRNA-seq revealhnRNPKas a factor essential for male germ cell development in mice的 研究論文。 該 工作 發現 R NA 結合蛋白 h nRNPK 在生精細胞細胞質中 可與 DAZL 互作 共同調控精子發生相關基因的翻譯，并可 在細胞核中 參與生精細胞發育相關基因的選擇性剪接調控， 最終 揭示了 hn RNPK 調控 生精細胞發育 的 分子機制。

研究團隊 首先 構建 了 Hn rnpk 生 精 細胞特異性基因敲除小鼠模型，對 h n RNPK 在 生 精 細胞的發育過程 中的生理功能 進行了系統分析。結果表明， hnRNPK 蛋白 對于 生精 細胞的正常發育至關重要 ，生精細胞中 hnRNPK 蛋白 缺失 的 小鼠完全不育，附睪中未檢測到成熟精子 ，表現為無精子癥 ；同時，免疫熒光染色結果顯示 Hn rnpk 敲除小鼠睪丸中 分化 型 精原細胞 （ c -KIT + ） 數量顯著減少，精母細胞幾乎完全缺失。隨后，通過 睪丸單細胞測序（ scRNA -seq ） 進一步 分析 發現，分化精原細胞中出現大量基因表達失調現象，包括減數分裂相關基因表達下調以及細胞凋亡相關基因表達上調， 提示 hn RNPK 缺失后 分化精原細胞無法正常進入減數分裂并最終走向凋亡。 為探明其調控作用機制 ，研究團隊 接下來 通過 IP-MS 分析發現 hnRNPK 可與翻譯起始及可變剪接相關因子發生互作， 表明 hn RNPK 在細胞質和細胞核中均發揮調控作用。 同時，核質分離實驗 也 證實 了 hnRNPK 在細胞質與細胞核中均有表達。 研究團隊 進一步研究 證明了 在 細 胞質中， hnRNPK 與 40S 核糖體亞基共定位，并與 DAZL 蛋白相互作用，協同調控精原細胞中與減數分裂、細胞周期及轉錄調控相關基因的翻譯效率；而在細胞核中， hnRNPK 則通過與剪接因子相互作用，調控與生殖細胞分化和減數分裂相關基因的剪接過程。 作為 RNA 結合蛋白， R IP-seq 也 揭示了 hn RNPK 結合的 RNA 分子 參與精子發生相關通路，進一步表明了其在精子發生中的重要作用。

總的來說 ， 本研究 揭示了 hnRNPK 在 生精 細胞 （精原細胞） 發育中的雙重功能 —— 既參與翻譯調控，又參與基因剪接調控，從而保證精原細胞的正常分化與減數分裂順利進行 （ 圖 1 ） 。 該 研究 結果 不僅為理解 精原細胞分化和減數分裂進程 的分子 遺傳調控 機制提供了新見解，也為 男性不育癥診療 提供了潛在的 分子 靶點。

圖 1. hnRNPK 調控生精細胞發育的分子機制圖

華中科技大學 同濟醫學院 生殖健康研究所博士后 高慧慧 、 華中科技大學 同濟醫學院 生殖健康研究所博士研究生 楊詩雨 、 四川農業大學碩士研究生 寧澳 為 研究的 共同第一作者 。 華中科技大學 同濟醫學院 生殖健康研究所 袁水橋 教授 、 武漢市中心醫院 張慶華 教授 ，西北農林科技大學 陳曉旭 副教授 為本文共同通訊作者 。

原文鏈接：https://academic.oup.com/nar/article/54/4/gkag108/8471004

制版人：十一

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