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piRNA是一类与PIWI蛋白结合的非编码小RNA,长度为24-32个核苷酸分子在生精细胞的发育过程中发挥重要的调控作用。piRNA的表达在生精细胞发育过程中呈现动态变化,可以分为前粗线期piRNA(pre-pachytene piRNA)和粗线期piRNA(pachytene piRNA),它们的生成方式存在明显的差异。前粗线期piRNA除了来自于基因组特定的piRNA转录位点转录加工外,还依赖于一种独特的次级生成机制——“乒-乓循环(Ping-pong cycle)” 机制。这种独特的放大机制通过识别碱基互补的转座元件RNA链可以不断地消耗活跃的转座子(Transposal elements, TEs)转录本,在转座子沉默中发挥极为重要的作用。有趣的是,piRNA生成的“乒-乓循环”机制在粗线期piRNA产生中则需要被“冻结/抑制”,但其具体的抑制调控机理仍是未知。2015年,有研究组报道RNF17可能在粗线期piRNA生成过程中参与“乒-乓循环”抑制调控,但是并未明确RNF17在生精细胞中的具体定位以及参与调控粗线期piRNA生成的机理。2023年3月17日,华中科技大学同济医学院生殖健康研究所袁水桥教授课题组在Journal of Cell Biology杂志上发表了题为 ADAD2 interacts with RNF17 in P-bodies to repress the Ping-pong cycle in pachytene piRNA biogenesis 的研究论文。该论文首次发现睾丸特异性表达蛋白ADAD2和RNF17均可定位在小鼠精母细胞P-body中,并揭示了ADAD2通过与RNF17互作抑制“乒-乓循环”参与调控粗线期piRNA生成,从而维持生精细胞的正常发育及功能。在本研究中,课题组首先检测了ADAD2和RNF17在出生后小鼠生精细胞中的亚细胞定位,确定了其主要定位于粗线期精母细胞胞浆的P-body中,这一结构也是前粗线期piRNA生成过程中与生殖细胞颗粒(germ granules)互动,完成“乒-乓循环”机制的核心场所。接着,课题组利用免疫共沉淀-质谱串联(IP-MS)技术发现ADAD2是RNF17的关键互作蛋白,体外实验进一步表明RNF17的P-body定位依赖ADAD2的存在。随后通过分析Adad2和Rnf17基因敲除小鼠的表型,发现两者敲除小鼠存在高度一致的雄性不育表型,结合RNA-seq高通量测序技术,发现受到Adad2或Rnf17敲除影响的转录本也高度关联。而对粗线期精母细胞和圆形精子细胞的小RNA测序结果则直接证明了ADAD2缺失导致“乒-乓循环”机制在粗线期piRNA生成中异常激活。值得一提的是,精母细胞中P-body的完整性也受到ADAD2以及RNF17缺失的影响。综上所述,本研究首次揭示了P-body中ADAD2和RNF17共同参与粗线期piRNA生成,并创新性的提出ADAD2作为RNF17的关键互作蛋白,抑制“乒-乓循环”以维持粗线期piRNA生成的准确性。华中科技大学同济医学院生殖健康研究所2018级博士熊孟能(现就职于武汉大学人民医院生殖医学中心)、2021级硕士生尹丽莎、2020级硕士生桂以倩和2018级硕士吕春雨(现博士就读于北京大学)为该论文的共同第一作者,袁水桥教授为通讯作者。https://doi.org/10.1083/jcb.202206067制版人:十一
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