PNAS | 四川大學(xué)沈英團(tuán)隊(duì)揭示精子頭部“瘦身”的秘密

在精子形成的最后階段——精子發(fā)生過(guò)程中，細(xì)胞核需要經(jīng)歷一場(chǎng)劇烈的“裝修”：原本纏繞DNA的組蛋白被逐步拆除，換上過(guò)渡蛋白（TNPs），最后再替換為魚(yú)精蛋白（PRMs），使精子頭部變得高度濃縮、呈流線型。這一過(guò)程若出現(xiàn)差錯(cuò)，精子頭部無(wú)法正常壓實(shí)，就會(huì)導(dǎo)致男性不育。然而，過(guò)渡蛋白究竟是如何被精準(zhǔn)降解的？其背后的分子機(jī)制一直成謎。

2026年4月1日，四川大學(xué)華西第二醫(yī)院沈英團(tuán)隊(duì)在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（PNAS）上發(fā)表題為《ASB9 promotes ubiquitin-mediated degradation of TNP2 to facilitate histone-to-protamine transition in humans and mice》的研究論文。該研究首次揭示了一個(gè)睪丸特異性E3泛素連接酶復(fù)合物如何通過(guò)降解過(guò)渡蛋白TNP2，確保精子染色質(zhì)順利壓實(shí)，并闡明了ASB9基因突變導(dǎo)致人類(lèi)男性不育的分子基礎(chǔ)。

研究團(tuán)隊(duì)首先在一例因精子頭部畸形導(dǎo)致不育的家族中，發(fā)現(xiàn)了兩名男性患者攜帶ASB9基因的錯(cuò)義突變（p.P202L）。該突變導(dǎo)致ASB9蛋白水平顯著下降。患者精子頭部呈梨形，染色質(zhì)極度松散，核內(nèi)出現(xiàn)空泡。為進(jìn)一步驗(yàn)證，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了Asb9基因敲除和攜帶同源點(diǎn)突變的敲入小鼠。敲除雄性小鼠完全不育，敲入小鼠則為亞不育。兩種小鼠的精子均出現(xiàn)頭部畸形、尾部軸絲暴露以及頂體和領(lǐng)結(jié)結(jié)構(gòu)紊亂等特征，而早期生精過(guò)程未見(jiàn)明顯異常。

電子顯微鏡觀察顯示，敲除小鼠從第11-12期延長(zhǎng)型精細(xì)胞開(kāi)始，染色質(zhì)始終無(wú)法正常壓縮，直至第15-16期仍保持松散狀態(tài)。免疫熒光染色發(fā)現(xiàn)，敲除小鼠和患者精子中TNP2蛋白異常滯留，而魚(yú)精蛋白PRM1和PRM2（尤其是PRM2）顯著減少。進(jìn)一步追蹤精細(xì)胞分化過(guò)程發(fā)現(xiàn)，野生型小鼠中TNP2在第13-14期開(kāi)始消退、第15-16期完全消失，而敲除小鼠中TNP2持續(xù)存在于晚期精細(xì)胞核內(nèi)，表明ASB9缺失直接阻斷了TNP2的正常清除。

為了解ASB9的作用機(jī)制，團(tuán)隊(duì)通過(guò)免疫沉淀-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，從小鼠睪丸中釣取了ASB9的相互作用蛋白。基因本體分析顯示這些蛋白富集于精子DNA濃縮、泛素化途徑等。其中，CUL5、ELOB/C復(fù)合物、RBX1等CRL型E3泛素連接酶的核心組件被顯著富集，而TNP2也作為直接結(jié)合蛋白被鑒定出來(lái)。免疫共沉淀實(shí)驗(yàn)證實(shí)，ASB9通過(guò)其第4個(gè)錨蛋白重復(fù)結(jié)構(gòu)域與TNP2的P1基序（第12-23位氨基酸）直接結(jié)合，同時(shí)與ELOB/C、CUL5和RBX1形成穩(wěn)定的復(fù)合物，而非此前在體細(xì)胞中報(bào)道的RBX2。

蛋白質(zhì)組學(xué)分析比較了敲除與野生型小鼠睪丸，發(fā)現(xiàn)TNP2是上調(diào)最顯著的蛋白之一，而ASB9本身及ELOB、ELOC、CUL5、RBX1均顯著下調(diào)。免疫共沉淀進(jìn)一步顯示，敲除小鼠睪丸中TNP2的K48連接的多聚泛素化水平大幅降低，而K63連接則無(wú)明顯變化。在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中，過(guò)表達(dá)ASB9可促進(jìn)TNP2的K48泛素化及蛋白酶體依賴性降解；而分別或同時(shí)敲低ELOB、ELOC、CUL5或RBX1，均會(huì)削弱TNP2的泛素化水平，且敲低基因越多，削弱越明顯。此外，定點(diǎn)突變TNP2的第80位和第112位賴氨酸（對(duì)應(yīng)小鼠的K60和K91）可顯著抑制其泛素化，證實(shí)這兩個(gè)位點(diǎn)是ASB9復(fù)合物介導(dǎo)修飾的關(guān)鍵殘基。最后，研究還發(fā)現(xiàn)該復(fù)合物各組分之間相互穩(wěn)定：敲除ASB9會(huì)導(dǎo)致ELOB/C、CUL5和RBX1蛋白水平下降，反之亦然，說(shuō)明這些蛋白通過(guò)直接相互作用形成穩(wěn)定的全酶復(fù)合物。