Nat Commun：科学家发现参与男性不育症发生过程的关键基因

2021年8月28日 讯 /生物谷BIOON/ --在精子发生过程中，减数分裂伴随着基因表达和染色质状态的强烈改变，然而，研究人员仍然并不清楚减数分裂的转录程序是如何建立以确保细胞完成减数分裂整个周期的；近日，一篇发表在国际杂志Nature Communications上题为“Meiosis-specific ZFP541 repressor complex promotes developmental progression of meiotic prophase towards completion during mouse spermatogenesis”的研究报告中，来自日本熊本大学等机构的科学家们通过研究发现了一种能控制精子发生过程中减数分裂完成的特殊基因，截至目前为止，在精子发生过程中失活参与减数分裂程序的基因表达的机制尚未被研究人员阐明，研究者认为，本文研究结果或有望推进未来生殖医学的进步，比如识别出无精症或精子生成缺陷导致男性不育症的原因等。

图片来源：https://www.nature.com/articles/s41467-021-23378-4

减数分裂是发生在卵巢和睾丸中的特殊类型的细胞分类过程，其能通过将染色体的数量减少到原来的一半而产生卵子和精子；当减数分裂完成后，DNA会继续高度凝集并经历重大的形态改变，而这是精子生成过程的主要特征；这一过程会让很多此前在精子发生过程中进行减数分裂时活跃的很多基因的表达失活，然而，在合适的时间完成减数分裂程序背后的机制，研究者并不清楚，尽管这是一个与诸如男性不育症等生殖医学相关的重要问题，但多年来对于科学家们而言一直是一个谜题。

这篇研究报告中，研究人员通过研究发现了一种名为MEIOSIN的新型基因，其能开启件减数分裂程序，并促进参与精子和卵子形成过程中数百个基因同时激活，在这些基因中，很多基因所发挥的功能仍然并不清楚，当确定了这些功能后，研究人员选择ZFP541基因来进行详细分析研究。当使用基因编辑工具来消除小鼠体内ZFP541基因的功能后，雄性生殖细胞就开始发生减数分裂，但其在此过程中会发生死亡，从而使得男性不育，因为并没有精子产生；详细分析这些小鼠的睾丸后，研究者揭示，ZFP541基因或在调节减数分裂过程中扮演着重要的角色，而且其还是参与精子产生过程的重要基因。

此外，ZFP541基因会在减数分裂后期表达，并能与很多减数分裂相关基因的调节性区域（启动子区域）结合。众所周知，乙酰化组蛋白存在于启动子的调节区，其能作为基因表达持续激活的标志，通过质谱分析，研究者发现，ZFP541能结合一种名为KCTD19的已知蛋白和一种名为HDAC1的酶类，此前研究表明HDAC1能从组蛋白中去除乙酰基基团；相关研究结果表明，ZFP541和HDAC1一起能消除乙酰基基团，从而失活减数分裂相关的基因并完成减数分裂过程。

ZFP541和HDAC1共同通过去除标记基因活性的乙酰基使减数分裂相关基因的表达失活，从而完成减数分裂过程。

图片来源：Horisawa-Takada, Y., et al. Nat Commun 12, 3184 (2021).

doi：10.1038/s41467-021-23378-4

研究者Yuki Takada博士指出，本文研究是继2020年2月发现MEIOSIN研究之后的又一力作，其揭示了MEIOSIN控制之下的一个基因的部分功能，当然了该基因的功能目前仍然是未知的；尽管这些研究结果是在小鼠机体中研究所获，ZFP541基因同样而言存在于人类机体中，人类群体中有很多不育症病例，研究者希望相关的研究结果有望帮助阐明男性不育症发生的原因，尤其是与精子发育不良的不育症。此外，研究者还认为，本文研究可以应用于不育症疗法技术的开发过程中，通过阐明其它基因在卵子和精子形成过程中的功能，研究人员希望该研究结果对于未来生殖医学的研究意义重大。

综上，本文研究结果表明，一种含有ZFP541和KCTD19组分的精子细胞特异性复合物或能促进雄性小鼠减数分裂期的进展走向完成，并能诱发导致减数分裂后发育的转录网络和染色质组织的重建。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

Horisawa-Takada, Y., Kodera, C., Takemoto, K. et al. Meiosis-specific ZFP541 repressor complex promotes developmental progression of meiotic prophase towards completion during mouse spermatogenesis. Nat Commun 12, 3184 (2021). doi：10.1038/s41467-021-23378-4