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在哺乳動物中，精子與卵子為遺傳物質(zhì)的傳遞提供了載體。然而，精子形成過程中仍有許多謎題尚未破解。近日，中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心與上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院及國內(nèi)外多家實驗室合作研究發(fā)現(xiàn)，RNA結(jié)合蛋白FXR1可通過液-液相分離激活小鼠后期精子細(xì)胞中mRNA的翻譯，保障精子形成過程的正常進(jìn)行。該成果于北京時間8月12日凌晨在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》。
研究團(tuán)隊以小鼠為模式動物展開此項研究。研究發(fā)現(xiàn)，一個RNA結(jié)合蛋白FXR1在小鼠睪丸中特異性高表達(dá)，并且大量出現(xiàn)在后期精子細(xì)胞的蛋白質(zhì)翻譯機(jī)器中。在生殖細(xì)胞中敲除Fxr1基因后，小鼠睪丸中與FXR1結(jié)合的mRNA翻譯活性降低、蛋白表達(dá)明顯減少；小鼠則表現(xiàn)為無精、雄性不育。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，精子細(xì)胞中FXR1與多個翻譯相關(guān)因子存在相互作用，并在體內(nèi)形成一種動態(tài)且可招募大量mRNA的液滴結(jié)構(gòu)。現(xiàn)有理論認(rèn)為，此類液滴結(jié)構(gòu)通常是某些生物大分子（如蛋白質(zhì)或核酸）在細(xì)胞內(nèi)達(dá)到一定濃度后，形成獨(dú)立于周圍環(huán)境的無膜亞細(xì)胞器結(jié)構(gòu)，以執(zhí)行特定生化反應(yīng)或生物學(xué)過程，其形成過程稱之為液液相分離，該現(xiàn)象普遍存在于真核生物細(xì)胞。隨后，通過體外實驗證明，F(xiàn)XR1具有顯著的液液相分離能力。研究人員由此推測，F(xiàn)XR1可能通過液液相分離形成上述液滴結(jié)構(gòu)，進(jìn)而參與mRNA的翻譯激活過程。
為了驗證這一猜想，研究人員在體外培養(yǎng)細(xì)胞和體內(nèi)精子細(xì)胞中分別測試了FXR1液滴形成能力與mRNA翻譯活性的關(guān)系。研究結(jié)果顯示，破壞FXR1的液滴形成能力將導(dǎo)致mRNA翻譯活性降低。隨后，研究人員利用CRISPR-Cas9結(jié)合半克隆技術(shù)，進(jìn)一步將小鼠生殖細(xì)胞中的FXR1突變?yōu)闊o法形成液滴的FXR1變體，發(fā)現(xiàn)該小鼠生精細(xì)胞中mRNA的翻譯活性明顯降低，小鼠表現(xiàn)為無精、雄性不育。
該研究揭示了小鼠后期精子細(xì)胞中由FXR1液液相分離介導(dǎo)的mRNA翻譯激活新機(jī)制，有助于進(jìn)一步認(rèn)識復(fù)雜的精子發(fā)生過程，為不育診斷和治療提供理論依據(jù)。（總臺央視記者 帥俊全）
