熊本大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種控制精子發(fā)生減數(shù)分裂完成的新基因。到目前為止，在精子發(fā)生過程中使減數(shù)分裂程序中??涉及的基因表達失活的機制的細節(jié)尚未闡明。研究人員認為，這可能會導(dǎo)致生殖醫(yī)學(xué)的進步，例如確定無精子癥或生精缺陷引起的不孕癥。
減數(shù)分裂是一種特殊類型的細胞分裂，發(fā)生在卵巢和睪丸中，通過將染色體數(shù)量減少到原來的一半來產(chǎn)生卵子和精子。減數(shù)分裂完成后，DNA 繼續(xù)高度濃縮并經(jīng)歷主要的形態(tài)變化，這是精子發(fā)生的特征。該過程使許多先前在精子發(fā)生中進行減數(shù)分裂活躍的基因的表達失活。然而，在適當?shù)臅r間完成減數(shù)分裂程序的詳細機制尚不清楚，雖然這是男性不育等與生殖醫(yī)學(xué)直接相關(guān)的重要問題，但多年來一直是一個懸而未決的問題。
熊本大學(xué)分子胚胎學(xué)和遺傳學(xué)研究所 (IMEG) 的 Ishiguro 教授小組此前發(fā)現(xiàn)了 MEIOSIN，這是一種開啟減數(shù)分裂并導(dǎo)致數(shù)百個參與精子和卵子形成的基因同時激活的基因。其中，許多基因具有尚未完全了解的功能。在確定這些功能的工作中，研究人員選擇了 ZFP541 基因進行詳細分析。
當使用基因組編輯消除小鼠中 ZFP541 基因的功能時，雄性生殖細胞開始減數(shù)分裂，但在此過程中死亡，因為沒有精子產(chǎn)生，導(dǎo)致不育。對這些小鼠睪丸的詳細分析表明，ZFP541 基因在減數(shù)分裂的調(diào)節(jié)中起著至關(guān)重要的作用，并且是參與精子產(chǎn)生的重要基因。
此外，ZFP541 在減數(shù)分裂后期早期表達，并與許多減數(shù)分裂相關(guān)基因的調(diào)控區(qū)(稱為啟動子)結(jié)合。已知乙?；M蛋白存在于啟動子的調(diào)控區(qū)域中，作為基因表達持續(xù)激活的標志物。通過質(zhì)譜分析，研究人員發(fā)現(xiàn) ZFP541 與一種名為 KCTD19 的未知蛋白質(zhì)和一種名為 HDAC1 的酶結(jié)合，之前的研究表明該酶可以從組蛋白中去除乙酰基。這些結(jié)果表明ZFP541和HDAC1共同消除了組蛋白乙酰基，使減數(shù)分裂相關(guān)基因的表達失活，完成減數(shù)分裂。
“這項研究是我們于 2020 年 2 月發(fā)表的發(fā)現(xiàn) MEIOSIN 的后續(xù)行動，揭示了 MEIOSIN 控制下的基因的部分功能，該基因的功能仍然未知，”領(lǐng)導(dǎo)這項研究的 Yuki Takada 博士說。“雖然這些結(jié)果在小鼠身上得到了驗證，但已知ZFP541也存在于人類中。人類不孕不育的案例有很多，原因不明，但我們預(yù)計這一結(jié)果將有助于闡明不孕癥的發(fā)病機制，尤其是那些與精子發(fā)育不良有關(guān)的。”
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