单一蛋白质控制精子发育所必需的遗传网络

科学家们已经发现了一种蛋白质-Ptbp2-控制着200多种基因的网络，这些基因是精子发育和传播的关键。该蛋白质通过调节精子发育的每个阶段中RNA的加工方式起作用。该研究发表在凯斯西储大学医学院RNA科学与治疗中心助理教授Donny Licatalosi博士的Cell Reports上。

发育精子不断切碎和修剪其遗传物质。这个过程 - “剪接” - 允许细胞选择每个发育阶段所需的基因。剪接产生小的修剪RNA片段作为蛋白质蓝图。通过使用不同的修剪模式 - “选择性剪接” - 细胞可以从单个基因产生多个蛋白质蓝图。

开发精子比其他细胞类型更多地使用替代剪接技术。这在精子祖细胞(也称为生殖细胞)内产生高水平的可变剪接的RNA片段。科学家们不确定生殖细胞是如何或为何以如此高的速率使用选择性剪接。

“RNA剪接在精子发育中的重要性一直是一个长期存在的问题，”Licatalosi说。“几十年来，我们已经知道，与大多数其他发育系统相比，在生殖细胞发育过程中产生更多可变剪接的RNA。但是，这是一个严格调控的过程，还是具有生物学意义的过程，尚不清楚。”

Licatalosi的团队正在研究如何在精子发育过程中控制选择性剪接。他们的工作集中在蛋白质-Ptbp2-附着在剪接位点附近的RNA上。了解生殖细胞中的RNA剪接可以帮助研究人员更好地理解人类发育缺陷背后的机制。

研究人员删除了生殖细胞中编码Ptbp2的基因，然后在精子发育的四个不同阶段研究了可变剪接RNA的水平和功能。

所有实验均在凯斯西储大学(CWRU)医学院进行。CWRU Genomics Core辅助遗传研究，CWRU组织资源核心帮助制备小鼠细胞和组织样本。Licatalosi还与CWRU病毒学，新一代测序和成像核心合作，观察基因修饰细胞如何在高倍显微镜下与其他细胞相互作用。

该研究小组发现，如果没有Ptbp2蛋白，在开发精子中的200多个基因的可变剪接就会出错。许多受影响的基因编码参与细胞内蛋白质运输的蛋白质。由于它们的失调，生殖细胞不能正常移动，运输材料或与其他细胞通信。遗传修饰的生殖细胞从未适当地发育成精子。结果表明，Ptbp2是生殖细胞内RNA剪接过程的核心，因此也是适当的精子发育的核心。

最引人注目的是，删除主要蛋白质也会影响其他细胞 - 支持细胞 - 这些细胞可作为培养生殖细胞的指导。实验中的支持细胞在其细胞支架 - 细胞骨架中存在缺陷 - 它们用于物理移动并与生殖细胞相互作用。

Licatalosi说：“最激动人心的部分是生殖细胞中的剪接缺陷，仅由生殖细胞中的剪接调节基因缺失引起，导致邻近的Sertoli细胞出现缺陷。这一观察强调了细菌间细胞串扰的剪接调节的重要性。细胞和支持细胞。这种串扰对于确保生殖细胞完全发育并且在开发完成之前不会过早释放至关重要。“

“在精子发生过程中，选择性剪接的动态，调节和功能在很大程度上仍未得到探索。在本报告中，我们提供的数据可以显着提高我们对这些方面的知识，”作者写道。

Licatalosi说：“适当的组织发育和功能取决于不同细胞类型的高度协调的网络，以有序和及时的方式相互交流。这个过程中的缺陷是一系列人类疾病的基础。我们的数据和其他实验室的数据表明组织特异性剪接调节因子可能在建立正常组织发育和功能所必需的细胞 - 细胞网络中发挥关键作用。“

根据Licatalosi的研究，之前的研究表明，高水平的剪接RNA“可能是无关紧要的，这是生殖细胞发育过程中发生的高水平基因表达的假象。我们的数据认为，精子发育中的替代RNA表达是高度调节的，监管对于细胞完成开发至关重要。“

“我们研究提供的新见解来自遗传，细胞，生物化学，生物信息学和深度测序方法的整合，”Licatalosi指出。