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(guò)程中使減數(shù)分裂程序中??涉及的基因表達(dá)失活的機(jī)制的細(xì)節(jié)尚未闡明。研究人員認(rèn)為，這可能會(huì)導(dǎo)致生殖醫(yī)學(xué)的進(jìn)步，例如確定無(wú)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(xì)胞分裂，發(fā)生在卵巢和睪丸中，通過(guò)將染色體數(shù)量減少到原來(lái)的一半來(lái)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(guò)程使許多先前在精子發(fā)生中進(jìn)行減數(shù)分裂活躍的基因的表達(dá)失活。然而，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間完成減數(shù)分裂程序的詳細(xì)機(jī)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(wèn)題，但多年來(lái)一直是一個(gè)懸而未決的問(wèn)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(kāi)啟減數(shù)分裂并導(dǎo)致數(shù)百個(gè)參與精子和卵子形成的基因同時(shí)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(jìn)行詳細(xì)分析。
當(dāng)使用基因組編輯消除小鼠中 ZFP541 基因的功能時(shí)，雄性生殖細(xì)胞開(kāi)始減數(shù)分裂，但在此過(guò)程中死亡，因?yàn)闆](méi)有精子產(chǎn)生，導(dǎo)致不育。對(duì)這些小鼠睪丸的詳細(xì)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(dá)，并與許多減數(shù)分裂相關(guān)基因的調(diào)控區(qū)(稱為啟動(dòng)子)結(jié)合。已知乙酰化組蛋白存在于啟動(dòng)子的調(diào)控區(qū)域中，作為基因表達(dá)持續(xù)激活的標(biāo)志物。通過(guò)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?；＿@些結(jié)果表明ZFP541和HDAC1共同消除了組蛋白乙?；?，使減數(shù)分裂相關(guān)基因的表達(dá)失活，完成減數(shù)分裂。
“這項(xiàng)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(dòng)，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(xiàng)研究的 Yuki Takada 博士說(shuō)。“雖然這些結(jié)果在小鼠身上得到了驗(yàn)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(jì)這一結(jié)果將有助于闡明不孕癥的發(fā)病機(jī)制，尤其是那些與精子發(fā)育不良有關(guān)的。”
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