據不完全統(tǒng)計，全球約有15%-20%的不孕不育夫婦，其中近50%是男性因素導致。環(huán)境污染、生活壓力、遺傳病等因素是造成男性不育的重要原因，但目前有一半以上不育男性無法明確其病因。
近日，上?？茖W家發(fā)現(xiàn)精子發(fā)育過程中蛋白質翻譯激活的重要機制，找到了破解生殖生物學一項不解之謎的關鍵“鑰匙”。
中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心（生物化學與細胞生物學研究所，簡稱“分子細胞中心”）劉默芳研究組與國內外多家實驗室合作，發(fā)現(xiàn)精子細胞內的PIWI/piRNA復合體可作為蛋白質生產的調控“機器”，激活小鼠精子細胞中蛋白質的翻譯，保障功能性精子的生成。該研究揭示了精子細胞中翻譯和蛋白質合成的新調控機制，為精子形成障礙及相關男性不育癥的診斷治療提供理論依據和方法技術。
該成果于北京時間12月13日凌晨在國際頂級學術期刊《細胞》上發(fā)表。
在圖片中，piRNA(指揮棒)指揮PIWI(琵琶)、eIF3f（二胡）和HuR(箜篌)，激活了靶基因的翻譯（五線譜）。音樂家面前的樂譜是編碼“精子”的密碼子。隨著指揮棒的擺動，樂譜變成美妙的旋律，象征著不斷產生精子。 中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心供圖
在精子細胞演變?yōu)榫拥倪^程中，隨著精子變形和細胞核的壓縮，到一定發(fā)育階段后，細胞核內的基因轉錄活動將完全停止，那些為后期精子細胞發(fā)育所需的基因都需要提前轉錄為信使核糖核酸（mRNA），然后以抑制狀態(tài)儲存在精子細胞中，直到特定的發(fā)育階段再被激活翻譯，合成蛋白質發(fā)揮作用。
這就是精子形成過程中經典的“轉錄-翻譯解偶聯(lián)”現(xiàn)象。但如何讓“停工”進入“倉庫”的mRNA重啟工作狀態(tài)？這一直是生殖生物學中一個不解之謎，科學家們這次找到了打開“倉庫”大門的關鍵“鑰匙”。
劉默芳研究組與多家實驗室合作研究發(fā)現(xiàn)，一類動物生殖細胞特異性小分子非編碼RNA——piRNA，通過與同樣是生殖細胞特有的PIWI家族蛋白形成的PIWI/piRNA復合體“機器”，“正向”調控了精子細胞中mRNA的“復工”，并進一步鑒定到真核生物翻譯起始因子eIF3f和RNA結合蛋白HuR“協(xié)助”完成此過程；借助mRNA上的HuR識別“標簽”，PIWI/piRNA可在“mRNA倉庫”中準確地挑選靶標mRNA，并與游離在“mRNA倉庫”外周、作為開啟翻譯關鍵 “鑰匙”的eIF3f協(xié)同作用，啟動靶標mRNA翻譯和蛋白質產物生成，從而保證精子健康發(fā)育。若此過程出現(xiàn)故障，mRNA將無法被及時激活制造蛋白質，導致精子細胞發(fā)育受阻及雄性生殖異常。
此項研究發(fā)現(xiàn)了精子發(fā)育過程中蛋白質翻譯激活的重要機制，極大地促進了我們對精子形成生物學過程的認識和了解，將為相關男性不育癥的早期分子診斷及臨床治療提供理論依據和方法策略。
該項研究工作由分子細胞中心劉默芳研究組與武漢大學周宇研究組、上海市計劃生育科學研究所施惠娟研究組合作完成。分子細胞中心戴鵬博士、王鑫博士，美國加州大學圣地亞哥分校茍?zhí)m濤博士、分子細胞中心博士研究生李智彤、溫澤和武漢大學博士研究生陳宗貴為該研究論文的共同第一作者。此項研究同時得到了美國加州大學圣地亞哥分校付向東教授、分子細胞中心李黨生研究員、李勁松研究員等的大力協(xié)助。
該項成果受到了國家自然科學基金委、科技部、中科院、教育部、上海市科委、中國博后基金、SA-SIBS等的經費支持。該工作的數據收集還得到了分子細胞中心公共技術服務中心動物實驗技術平臺、分子生物學技術平臺和細胞分析技術平臺以及中科院蛋白質科學中心（上海）等的支持。
（）
