2024年7月19日,，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)隊聯(lián)合北京大學(xué)深圳醫(yī)院桂耀庭研究員團(tuán)隊在Genome Biology雜志上在線發(fā)表了題為“N6-methyladenosine writer METTL16-mediated alternative splicing and translation control are essential for murine spermatogenesis”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）在小鼠生精細(xì)胞中高度表達(dá),，證實了METTL16是調(diào)控精原細(xì)胞分化和減數(shù)分裂起始的關(guān)鍵因子,，其缺失導(dǎo)致生精細(xì)胞嚴(yán)重丟失進(jìn)而引起雄性不育，揭示了METTL16介導(dǎo)的mRNA選擇性剪接及翻譯調(diào)控在精子發(fā)生中的新機制,。
團(tuán)隊首先通過構(gòu)建Mettl16-EGFP標(biāo)簽小鼠,，發(fā)現(xiàn)METTL16蛋白主要定位于PLZF陽性的未分化型精原細(xì)胞、c-KIT陽性的分化型精原細(xì)胞,、早期精母細(xì)胞以及支持細(xì)胞,，提示了METTL16在精原細(xì)胞分化過程中存在潛在作用。利用Stra8-GFP-Cre（自A1型精原細(xì)胞開始表達(dá)）小鼠,，研究人員構(gòu)建了生殖細(xì)胞Mettl16基因條件性敲除小鼠模型（Mettl16 cKO）,。組織形態(tài)學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，成年Mettl16 cKO雄性小鼠睪丸中缺乏減數(shù)分裂期精母細(xì)胞,、圓形精子細(xì)胞以及成熟精子,；進(jìn)一步免疫熒光實驗結(jié)果顯示Mettl16 cKO小鼠精原細(xì)胞分化異常、前細(xì)線期精母細(xì)胞減少,、減數(shù)分裂啟動缺陷,，最終引起雄性小鼠不育。
在分子機制方面,，團(tuán)隊首先采用轉(zhuǎn)錄組測序在METTL16 缺失小鼠睪丸中鑒定出1096個異常表達(dá)基因,，功能富集結(jié)果顯示這些基因主要參與減數(shù)分裂以及精子發(fā)生；此外,，團(tuán)隊利用IP-MS/Co-IP實驗,，證實了在小鼠睪丸中METTL16可與mRNA剪接因子SF3B1和SF3B3互作,，并結(jié)合RIP-seq分析發(fā)現(xiàn)METTL16可直接結(jié)合減數(shù)分裂相關(guān)基因（比如Stag3）以調(diào)控其可變剪，并率先發(fā)現(xiàn)了METTL16可與減數(shù)分裂關(guān)鍵蛋白MEIOB/YTHDC2/RBM46形成復(fù)合物,。團(tuán)隊進(jìn)一步通過核糖體測序（Ribo-seq）分析發(fā)現(xiàn),，生殖細(xì)胞中Mettl16敲除可引起與細(xì)胞核分裂、減數(shù)分裂細(xì)胞周期等相關(guān)基因的翻譯紊亂,，提示METTL16也可在翻譯水平調(diào)控精子發(fā)生相關(guān)蛋白的豐度,。此外，研究團(tuán)隊通過m6A-seq進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)Mettl16敲除小鼠生殖細(xì)胞中數(shù)百轉(zhuǎn)錄本m6A甲基化修飾水平出現(xiàn)異常,，表明METTL16可通過其m6A甲基轉(zhuǎn)移酶功能調(diào)控生精細(xì)胞發(fā)育,。為證實這一現(xiàn)象，團(tuán)隊往成年Mettl16 cKO小鼠輸出小管中注射野生型以及m6A酶活性突變（PP185-186AA）的METTL16過表達(dá)腺相關(guān)病毒,，并對表型進(jìn)行觀察分析,，結(jié)果證明METTL16的甲基轉(zhuǎn)移酶活性位點是小鼠正常精子發(fā)生所必需的。
總的來說,，本研究揭示了RNA m6A甲基化轉(zhuǎn)移酶METTL16調(diào)控精子發(fā)生與雄性不育新的分子模型,，發(fā)現(xiàn)了METTL16介導(dǎo)的選擇性剪接和翻譯效率調(diào)控在參與小鼠生殖細(xì)胞有絲分裂到減數(shù)分裂轉(zhuǎn)變過程中的新分子網(wǎng)絡(luò)（圖1），對理解由減數(shù)分裂異常導(dǎo)致的男性生育障礙具有重要意義,。
圖1. METTL16介導(dǎo)的選擇性剪接和翻譯效率調(diào)控生殖發(fā)育的模式圖
北京大學(xué)深圳醫(yī)院馬倩,、華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院生殖健康研究所2023級博士研究生桂以倩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,、華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院生殖健康研究所王鳳麗副教授以及北京大學(xué)深圳醫(yī)院桂耀庭研究員為該論文的通訊作者,。該研究得到了國家自然科學(xué)基金項目、華中科技大學(xué)基礎(chǔ)研究計劃的經(jīng)費支持,。
原文鏈接：https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-024-03332-5
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