減數(shù)分裂是產(chǎn)生單倍體生殖細(xì)胞的保守細(xì)胞分裂過(guò)程，是維持精子發(fā)生和遺傳穩(wěn)定的關(guān)鍵過(guò)程。減數(shù)分裂前期I期歷時(shí)相對(duì)較長(zhǎng)且程序復(fù)雜,，根據(jù)染色體形態(tài)可細(xì)分為四種時(shí)期：細(xì)線期、偶線期,、粗線期和雙線期；其包含大量染色體行為,，如DNA雙鏈斷裂（DSB）產(chǎn)生、同源重組,、同源染色體聯(lián)會(huì)和解聯(lián)會(huì),、性染色體失活等，且基因表達(dá)模式呈高度有序的動(dòng)態(tài)變化,。減數(shù)分裂異?？芍虏溉閯?dòng)物不育、非整倍體出生缺陷和妊娠失敗,。然而,，減數(shù)分裂進(jìn)程的調(diào)控分子機(jī)制仍不十分清楚。
2024年11月28日,，華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院生殖健康研究所袁水橋教授/王鳳麗副教授團(tuán)隊(duì)在Advanced Science雜志在線發(fā)表了題為“METTL16 is required for meiotic sex chromosome inactivation and DSB formation and recombination during male meiosis”的研究新成果,。該研究發(fā)現(xiàn)RNA m6A甲基轉(zhuǎn)移酶樣蛋白16（METTL16）是調(diào)控雄性小鼠精母細(xì)胞發(fā)育進(jìn)程的關(guān)鍵因子，其缺失導(dǎo)致減數(shù)分裂多個(gè)事件受阻,，揭示了METTL16介導(dǎo)的m6A修飾及翻譯效率在減數(shù)分裂調(diào)控中的新機(jī)制,。
合作團(tuán)隊(duì)首先通過(guò)分選各級(jí)生精細(xì)胞進(jìn)行核質(zhì)分離確定METTL16在精母細(xì)胞中高表達(dá)，尤其富集在細(xì)胞質(zhì)中,，提示其在精母細(xì)胞中存在潛在作用,。研究人員利用Ddx4ERT2-Cre構(gòu)建了他莫昔芬誘導(dǎo)的生殖細(xì)胞特異的Mettl16基因敲除小鼠模型。進(jìn)一步的組織學(xué)染色及精母細(xì)胞染色體鋪片發(fā)現(xiàn),，條件性敲除小鼠表現(xiàn)出減數(shù)分裂過(guò)程中DSB形成及修復(fù),、聯(lián)會(huì)及性染色體沉默（MSCI）事件的異常。
在分子機(jī)制方面，團(tuán)隊(duì)首先分選了粗線期精母細(xì)胞進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序,，發(fā)現(xiàn)性染色體連鎖基因的轉(zhuǎn)錄活性顯著上升,；聯(lián)合IP-MS/Co-IP及染色體鋪片實(shí)驗(yàn)（標(biāo)記DNA損傷應(yīng)答因子及表觀修飾標(biāo)記物），證實(shí)了METTL16與MDC1/SCML2互作調(diào)控粗線期精母細(xì)胞中MSCI的建立與維持,。接著,，通過(guò)比對(duì)粗線期精母細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組和m6A測(cè)序數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄組的變化與m6A修飾水無(wú)顯著相關(guān),。對(duì)于早期精母細(xì)胞（細(xì)線期及偶線期）,，團(tuán)隊(duì)利用RIP-seq、MeRIP-seq及MeRIP-qPCR等組學(xué)技術(shù),，發(fā)現(xiàn)METTL16參與調(diào)控Ubr2轉(zhuǎn)錄本（與早期減數(shù)分裂DSB形成及同源重組密切相關(guān)）的m6A修飾水平與表達(dá)豐度,；構(gòu)建Mettl16 KO細(xì)胞系及熒光素酶實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步證實(shí)了METTL16所介導(dǎo)的m6A修飾在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控UBR2基因表達(dá),。鑒于IP-MS/Co-IP及體外實(shí)驗(yàn)均顯示METTL16可能參與調(diào)控mRNA翻譯,，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步分選了早期精母細(xì)胞進(jìn)行核糖體測(cè)序（Ribo-seq），發(fā)現(xiàn)Mettl16敲除導(dǎo)致與DSB形成及同源重組相關(guān)的蛋白翻譯效率顯著下調(diào)（圖1）,。
本研究揭示了m6A甲基化轉(zhuǎn)移酶METTL16在雄性減數(shù)分裂中的新的調(diào)控分子模型,，發(fā)現(xiàn)了METTL16是一個(gè)調(diào)控性染色體失活、DSB形成和修復(fù)的多功能調(diào)控因子,，對(duì)深入理解由減數(shù)分裂異常導(dǎo)致的男性生育障礙具有重要的理論指導(dǎo)意義,。此外，袁水橋教授團(tuán)隊(duì)曾于2024年7月19日在Genome Biology上發(fā)表論文,，報(bào)道了METTL16通過(guò)mRNA可變剪接及翻譯調(diào)節(jié)途徑參與雄性生殖細(xì)胞有絲分裂至減數(shù)分裂轉(zhuǎn)變的調(diào)控過(guò)程（Genome Biol,，2024）。本研究是前期研究的拓展與延伸,，兩項(xiàng)研究成果系統(tǒng)的解析了m6A甲基化轉(zhuǎn)移酶METTL16在精子發(fā)生中的生理功能與調(diào)節(jié)機(jī)制,，為臨床上理解由遺傳及表觀遺傳異常導(dǎo)致的精子發(fā)生障礙的致病機(jī)理提供了新的視角。
華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院生殖健康研究所2024級(jí)博士研究生尹麗莎,、2022級(jí)碩士研究生江楠,，華中科技大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心熊文靜為該論文的共同第一作者。華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院生殖健康研究所袁水橋教授,、王鳳麗副教授,，湖北科技學(xué)院藥學(xué)院張又枝教授為該論文的通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目,、華中科技大學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃的經(jīng)費(fèi)支持,。
原文鏈接：http://doi.org/10.1002/advs.202406332
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