NAR｜袁水桥/张庆华/陈晓旭团队联合揭示RNA结合蛋白hnRNPK调控生精细胞发育的新机制

精子发生是一个高度协调且复杂的过程，主要包括精原细胞的自我更新与分化 、 减数分裂 、 精子变形等过程。在这一过程中，细胞需要在特定时间点完成基因表达程序重构，任何关键节点发生异常都可能导致精子发生阻滞，进而引发少精症或无精子症等男性不育问题。近年来， 人们逐渐 认识到精子发生不仅受到转录水平的调控，更受到广泛的转录后调控 ， 其中 RNA 结合蛋白（ RNA-binding proteins, RBPs ） 在转录后调控中 扮演着关键 角色。 hnRNP 家族蛋白 作为典型的 RNA 结合蛋白已被证实 参与多种疾病的发生发展 ， hnRNPK 作为其中一员，可参与 mRNA 剪接、转运、稳定性调控以及翻译调控等多个环节。 现有 研究提示 hnRNPK 在多种组织细胞中发挥 有 重要的转录后调控， 并参与 雄性生殖细胞发育 。然而，有关 hnRNPK 在精子发生中的具体分子机制仍 不十分清楚 。

近日 ， 华中科技大学 同济医学院 生 殖健康研究所 袁水桥 教授团队，联合 武汉市中心医院 张庆华 教授、 西北农林科技大学动物科技学院 陈晓旭 副 教授 ，在 Nucleic Acids Research 杂志上发表了题为Azoospermia phenotype andscRNA-seq revealhnRNPKas a factor essential for male germ cell development in mice的 研究论文。 该 工作 发现 R NA 结合蛋白 h nRNPK 在生精细胞细胞质中 可与 DAZL 互作 共同调控精子发生相关基因的翻译，并可 在细胞核中 参与生精细胞发育相关基因的选择性剪接调控， 最终 揭示了 hn RNPK 调控 生精细胞发育 的 分子机制。

研究团队 首先 构建 了 Hn rnpk 生 精 细胞特异性基因敲除小鼠模型，对 h n RNPK 在 生 精 细胞的发育过程 中的生理功能 进行了系统分析。结果表明， hnRNPK 蛋白 对于 生精 细胞的正常发育至关重要 ，生精细胞中 hnRNPK 蛋白 缺失 的 小鼠完全不育，附睾中未检测到成熟精子 ，表现为无精子症 ；同时，免疫荧光染色结果显示 Hn rnpk 敲除小鼠睾丸中 分化 型 精原细胞 （ c -KIT + ） 数量显著减少，精母细胞几乎完全缺失。随后，通过 睾丸单细胞测序（ scRNA -seq ） 进一步 分析 发现，分化精原细胞中出现大量基因表达失调现象，包括减数分裂相关基因表达下调以及细胞凋亡相关基因表达上调， 提示 hn RNPK 缺失后 分化精原细胞无法正常进入减数分裂并最终走向凋亡。 为探明其调控作用机制 ，研究团队 接下来 通过 IP-MS 分析发现 hnRNPK 可与翻译起始及可变剪接相关因子发生互作， 表明 hn RNPK 在细胞质和细胞核中均发挥调控作用。 同时，核质分离实验 也 证实 了 hnRNPK 在细胞质与细胞核中均有表达。 研究团队 进一步研究 证明了 在 细 胞质中， hnRNPK 与 40S 核糖体亚基共定位，并与 DAZL 蛋白相互作用，协同调控精原细胞中与减数分裂、细胞周期及转录调控相关基因的翻译效率；而在细胞核中， hnRNPK 则通过与剪接因子相互作用，调控与生殖细胞分化和减数分裂相关基因的剪接过程。 作为 RNA 结合蛋白， R IP-seq 也 揭示了 hn RNPK 结合的 RNA 分子 参与精子发生相关通路，进一步表明了其在精子发生中的重要作用。

总的来说 ， 本研究 揭示了 hnRNPK 在 生精 细胞 （精原细胞） 发育中的双重功能 —— 既参与翻译调控，又参与基因剪接调控，从而保证精原细胞的正常分化与减数分裂顺利进行 （ 图 1 ） 。 该 研究 结果 不仅为理解 精原细胞分化和减数分裂进程 的分子 遗传调控 机制提供了新见解，也为 男性不育症诊疗 提供了潜在的 分子 靶点。

图 1. hnRNPK 调控生精细胞发育的分子机制图

华中科技大学 同济医学院 生殖健康研究所博士后 高慧慧 、 华中科技大学 同济医学院 生殖健康研究所博士研究生 杨诗雨 、 四川农业大学硕士研究生 宁澳 为 研究的 共同第一作者 。 华中科技大学 同济医学院 生殖健康研究所 袁水桥 教授 、 武汉市中心医院 张庆华 教授 ，西北农林科技大学 陈晓旭 副教授 为本文共同通讯作者 。

原文链接：https://academic.oup.com/nar/article/54/4/gkag108/8471004

制版人：十一

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