Dev Cell | 丁德强团队揭示哺乳动物生殖颗粒IMC的形成机制

已知TDRD1蛋白定位于雄性生殖细胞的IMC中，TDRD1缺失导致piRNA生成缺陷以及精子发生停滞【5】。为了研究TDRD1蛋白的分子功能，研究人员首先借助荧光漂白恢复实验、细胞内融合与分离实验以及体外纯化蛋白的相分离实验证明TDRD1蛋白在细胞内和体外具有相分离活性。进一步研究发现TDRD1通过位于C端的coiled-coil超螺旋结构域自我相互作用，并自组装成四聚体来驱动相分离活性。

通过一系列突变质粒的筛选，研究人员鉴定出coiled-coil结构域中的疏水氨基酸基序（1149ILLFLL1154）对于TDRD1的自我相互作用以及相分离活性至关重要。将疏水氨基酸基序突变后，TDRD1无法自我相互作用，从而失去相分离活性。除此之外，TDDR1蛋白包含4个串联的Tudor结构域。研究人员发现Tudor结构域通过识别对称精氨酸二甲基化修饰（sDMA）的蛋白，来促进TDRD1发生相分离。因此，TDRD1通过coiled-coil结构域的自组装以及Tudor-sDMA相互作用来获得多价相互作用，协同促进TDRD1相分离活性。

为了研究TDRD1相分离活性在生殖细胞中的生理功能，研究人员制作了TDRD1相分离活性缺失突变小鼠。研究人员将TDRD1蛋白C端coil-coil结构域中的疏水氨基酸基序ILLFLL突变成GSGSGS，使得TDRD1蛋白在生殖细胞中失去相分离活性。TDRD1相分离活性缺失突变小鼠雄性不育，其精子发生停滞在减数分离前期，无法产生成熟精子。进一步研究发现TDRD1相分离活性缺失导致IMC无法组装，piRNA生成量显著下降，转座子异常激活。这些结果证明了TDRD1相分离对于雄性生殖细胞中IMC的组装以及功能发挥至关重要。

最后，研究人员发现TDRD1的相分离活性在脊椎动物中具有很强的保守性，而在非脊椎动物中并不保守。进一步研究发现非脊椎动物的TDRD1同源蛋白缺少C端coiled-coil结构域，因此无法发挥相分离的活性。研究人员的这一发现解释了为什么IMC在脊椎动物生殖细胞中普遍存在，而在非脊椎动物生殖细胞中却并不显著。 

综上所述，该研究揭示了TDRD1相分离活性的分子机制以及TDRD1相分离活性在生殖细胞中的IMC组装、piRNA生成和转座子沉默中的生理作用。该研究将相分离与哺乳动物生殖颗粒的组装联系起来，为研究生殖细胞中无膜细胞器的形成以及功能发挥提供了新的思路，对于进一步理解哺乳动物精子发生的调控机制具有重要意义。