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袁水桥课题组发现调控精原干细胞中mRNA可变剪接的新机理

点击数:9 时间:2022-07-30 11:08 来源:华中科技大学

新闻网讯 7月28日,生殖健康研究所袁水桥教授团队在Cell旗下知名期刊Stem Cell Reports在线发表题为“UHRF1 interacts with snRNAs and regulates alternative splicing in mouse spermatogonial stem cells”的研究论文。该研究通过构建精原细胞条件性基因敲除Uhrf1小鼠模型,研究了UHRF1在精原干细胞维持和分化中的功能,发现UHRF1可以参与维持精原干细胞的稳态,且UHRF1可以与剪接复合体中的U snRNA和U snRNP相互作用,调控精原细胞中mRNA的可变剪接。



精原干细胞(spermatogonial stem cells,SSCs)是位于睾丸曲细精管基底膜上的雄性生殖细胞。作为雄性生殖系中唯一的干细胞,SSCs可以自我更新以维持相对稳定的数量,也可以经历分化以维持连续不断的精子生成。精原干细胞的自我更新和分化,受多种分子机制的精细调节,包括mRNA的可变剪接调控,但具体的调控机制尚不明确。前体mRNA的剪接主要由剪接体执行,剪接体是由富含尿嘧啶的小核糖核酸(U1、U2、U4/U6和U5 snRNAs)和小核糖核蛋白(small nuclear ribonucleoproteins,snRNPs)组成的复合体。近年来的研究表明RNA的可变剪接可以发生在染色质附近,并且与组蛋白修饰有关。这一发现丰富了转录后可变剪接的传统观点,并为研究pre-mRNA的可变剪接提供了新的线索。袁水桥课题组前期发现表观遗传调控因子UHRF1作为DNA甲基化、组蛋白修饰和piRNA通路的分子纽带调控精母细胞逆转录转座子沉默(NatCommun,2019),并揭示了UHRF1调控睾丸生殖细胞-支持细胞的交互作用(CellDeath Dis,2022)。然而,UHRF1是否参与RNA代谢调控,特别是精原细胞中mRNA可变剪接目前还是未知的。


在本研究中,课题组首先检测了UHRF1在出生前后小鼠生殖细胞中的定位情况,结果发现UHRF1在出生之前的前精原细胞中几乎不表达,在出生后定位于小鼠精原细胞的细胞核中。UHRF1在出生后精原细胞中重新表达提示其可能会在精原干细胞稳态调控中具有重要的生理功能。接下来,利用Vasa-Cre工具小鼠来条件性敲除生殖细胞中Uhrf1基因,课题组发现Uhrf1基因敲除小鼠完全不育,具体表现为在出生后生殖细胞逐渐丢失,在成年期生殖细胞完全丢失,类似于人类的唯支持细胞综合征,表明UHRF1确实对精原干细胞的增殖和分化有重要作用。


本研究中一个有趣的发现是在精原干细胞中UHRF1蛋白可以与众多RNA剪接因子相互作用。通过免疫沉淀-质谱(IP-MS)分析发现,在与UHRF1相互作用的337种蛋白质中,多达116种蛋白质与RNA可变剪接有关。进一步通过RNA结合蛋白免疫沉淀实验(RIP)发现UHRF1可以结合U1、U2和U4 snRNA,以及调节精原干细胞稳态的pre-mRNA(Foxo1、Bcl6bFgfr3)。利用敲除小鼠进一步分析表明,UHRF1的敲除会导致精原细胞中选择性剪接事件严重失调,外显子跳跃发生率显著提高。总之,本研究揭示了UHRF1的一种新的分子调控机理,即UHRF1与剪接复合体中的RNA和蛋白质结合并调节精原干细胞中pre-mRNA的可变剪接(图1),该研究进一步拓展了表观遗传调控因子UHRF1在精子发生过程中生物学功能。


图为 UHRF1调控精原干细胞稳态和可变剪接的模式图。


华中科技大学同济医学院生殖健康研究所硕士生周淑敏和博士生董娟(现就职于华中科技大学同济医学院附属协和医院)为本文共同第一作者。华中科技大学同济医学院生殖健康研究所为该论文的第一完成单位,华中科技大学同济医学院生殖健康研究所袁水桥教授与北京大学深圳医院桂耀庭研究员为本文共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金面上项目和深圳华中科技大学研究院-深圳科技创新委员会重点项目的资助。

原文链接:https://doi.org/10.1016/j.stemcr.2022.06.010

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