专家点评Science丨郑科/林明焰/郭雪江/谭跃球合作团队系统鉴定哺乳动物生精细胞RNA结合蛋白

点评 | 刘默芳（研究员，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心/生化细胞所）

哺乳动物睾丸转录大部分基因组，是含有最为复杂转录组的组织器官之一。然而，人们对于RNA结合蛋白（RBP） 如何动态调节精子发生过程中大量RNA缺乏系统性了解。特别是，RNA结合蛋白的非结构域元件 （不在已注释结构域中的短基序） 正在引起人们的兴趣和关注。到目前为止，这些元件还未在动物模型中得到充分探索。尽管已报道RNA结合蛋白的功能障碍可能造成各种疾病发生，但对其序列突变与特定疾病之间的关联缺乏全基因组水平的认识，其中包括男性不育 （一种全球性的主要生殖问题） 。

2024年8月29日，南京医科大学生殖医学与子代健康全国重点实验室郑科教授和郭雪江教授、与南京医科大学基础医学院神经生物学系林明焰副教授和中南大学谭跃球教授等课题组合作，在Science期刊在线发表题为The Landscape of RNA-Binding Proteins in Mammalian Spermatogenesis的研究论文，系统鉴定哺乳动物生精细胞RNA结合蛋白、RNA结合结构域和非结构域元件，构建其男性不育相关基因突变图谱，并揭示一非结构域元件增强RNA结合和调节精子发生的功能机制。

总结图.RNA结合蛋白与哺乳动物精子发生和男性不育

图注：RNA结合蛋白在精子发生过程中通过各种RNA结合结构域和非结构域元件与RNA动态相互作用。谷氨酸-精氨酸（ER）基序是一种存在于卷曲螺旋（coiled-coil）区域中的非结构域元件。它作为RNA结合增强子发挥作用，促进NONO-RNA相互作用并确保适当的雄性生殖细胞。RNA结合蛋白，包括其ER基序变体，是男性不育遗传结构的重要组成部分。

为了系统地鉴定不同阶段小鼠雄性生殖细胞中的RNA结合蛋白，团队分离了精原细胞、粗线期精母细胞和圆形精子细胞，并进行了RNA相互作用组捕获（RNA interactome capture,RIC） 。研究建立了较完整的精子发生 RNA结合蛋白图谱，并发现那些具有从前未知的RNA相关活性、特异于减数分裂和精子变形阶段发挥功能的RNA结合蛋白。论文进一步展示了RNA结合蛋白在精子发生过程中的多层次动态性，涵盖了蛋白质组表达模式、蛋白质组-转录组同步/非同步性、相对RNA结合活性和核糖核蛋白 （RNP） 协同行为。

下一步作者用RBDmap方法进一步捕获睾丸RNA交联肽，用以筛选RNA结合结构域和非结构域元件，进而用多种方法对其普遍性、特性、功能等进行生物信息分析和实验研究。研究发现了一种多两性非结构域元件，称为谷氨酸-精氨酸 （ER） 基序，是一种广泛存在的富含E和R的短片段，它与RNA结合蛋白中的卷曲螺旋 （coiled-coil） 区域在位置上偶联，具有邻近残基对的进化共变异特征，并显著增强了其宿主蛋白结合RNA的能力。研究聚焦RNA结合蛋白 NONO （含非POU结构域的八聚体结合蛋白） 中的ER基序，利用动物模型、并在单细胞转录组水平上证明其调节生精细胞从有丝分裂期到减数分裂期的转变。

团队还整合了非梗阻性无精子症或少精子症患者的男性不育队列的全外显子组测序图谱，以此在系统层面上揭示RNA结合蛋白对男性不育的突出作用及ER基序等非结构域元件的潜在临床致病性。

该研究为与精子发生和男性不育相关的RNA结合蛋白提供了全面和丰富的资源，并证明了非结构域元件在调控RNA和精子发生中的功能意义，突显了该资源在解码男性生育的遗传和分子基础方面的潜在宽广而重要的价值。

李阳博士后 （郑科课题组） 、王媛媛博士 （林明焰课题组） 、谭跃球教授 （中南大学） 、岳秋玲博士 （郑科课题组） 、郭曰帅博士 （郭雪江课题组） 、阎若禹硕士 （林明焰与叶岚教授课题组联合培养） 、蒙岚岚博士 （谭跃球课题组） 按序为论文共同第一作者。南京医科大学郑科教授、林明焰副教授、郭雪江教授为该论文的共同通讯作者。该工作得到了国内/外多家科研机构的专家/同行/同事们的倾力合作与帮助，也得到了南京医科大学沙家豪教授和胡志斌教授的长期大力支持。

专家点评

刘默芳（研究员，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心/生化细胞所）

RNA结合蛋白 （RBP） 可在转录或转录后水平调控基因表达，是非编码RNA调控、相分离等过程中的重要组成元件，其功能异常与多种人类重大疾病发生发展密切相关，已成为当前生命科学前沿研究热点之一。基于RNA-蛋白互作原理的技术研发也层出不穷，不断推陈出新，引领着分子生物学的发展。哺乳动物睾丸组织是转录组最为复杂、RNA结合蛋白特异性表达最多的器官，而精子发生是一个极其复杂而独特的细胞分化和发育过程，受到一组时空特异性表达基因的精密调控。然而，由于缺乏合适的生精细胞体外培养体系，同时经典的RNA相互作用组捕获技术难以应用于睾丸提取的原代生精细胞，对于精子发生中大量RNA结合蛋白如何通过与其靶RNA互作调控RNA命运的分子机制、RNA结合蛋白的突变以何种程度和特点影响男性不育等的了解还极其有限。

这项研究首次以实验和生信手段结合，系统、多维度地探究了哺乳动物生精细胞中RNA结合蛋白的种类、特征和动态规律，揭示了生殖细胞发育中用于RNA结合和调节的新蛋白质功能元件 （尤其是涉及当前新兴的、存在于蛋白非结构域的无序区元件） ，并将这些蛋白及其组成的遗传扰动与人类男性不育全面关联起来，为RNA结合蛋白前沿领域与精子发生领域的交叉融合提供了独特而新颖的视角。此项研究是一项开创性的工作，为认识和理解动物器官发育过程中RNA结合蛋白的功能机制提供了新方向和新思路。同时，该工作还对多种技术方法学进行了有机组合，综合了生化、分子、细胞、动物、组学、生信等多水平数据 （例如，CLIP-seq与单细胞转录组联合分析） ，并得到了大规模人类临床数据的支撑。这种多方法、多维度的整合研究模式，使我们能够从基于生化实验手段的蛋白质组，发现功能结构域乃至非结构域元件，再深入到与精子发生和男性不育有关的特定蛋白质及元件的作用机制研究。该工作为基础和临床结合研究复杂发育过程中的RNA结合蛋白提供了重要的数据资源、创新的研究思路和先进的技术方法。

http://doi.org/10.1126/science.adj8172

制版人：十一

BioART战略合作伙伴

（*排名不分先后）

BioART友情合作伙伴

（*排名不分先后）

转载须知

【非原创文章】本文著作权归文章作者所有，欢迎个人转发分享，未经作者的允许禁止转载，作者拥有所有法定权利，违者必究。

BioArt

Med

Plants

人才招聘

会议资讯

近期直播推荐