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袁水桥/王晓莉课题组揭示hnRNPC-HuR介导的m6A修饰网络调控生殖细胞减数分裂的新机制

来源: 时间:2025-02-14 点击量:


人类社会正面临生育力下降的严峻挑战,其中配子发生障碍是导致生育力下降的原因之一。近年来,越来越多的证据表明,RNA修饰在配子发生过程中发挥着重要的作用。其中,m6A修饰是哺乳动物细胞mRNA上最丰富的修饰,广泛参与pre-mRNA剪接、mRNA稳定性及翻译等诸多细胞生物学过程。然而,有关m6A修饰及其阅读器蛋白(Reader)在哺乳动物生殖细胞发育中的功能调控机理尚不十分明晰。目前,有三种核不均一核糖核蛋白家族(hnRNP)成员被鉴定为潜在的m6A修饰阅读器,包括hnRNPA2B1hnRNPGhnRNPChnRNPC的功能异常与多种疾病相关,包括自身免疫性甲状腺疾病、乳腺癌和胰腺导管腺癌等。袁水桥教授团队前期研究发现,睾丸支持细胞中的hnRNPC对维持正常精子发生有关键作用Biol Reprod2024,但hnRNPC在生殖细胞发育中的功能及调控网络仍不清楚。

202528日,雷竞技raybet官方平台袁水桥/王晓莉团队在Advanced Science杂志在线发表了题为“hnRNPC functions with HuR to regulate alternative splicing in an m6A-dependent manner and is essential for meiosis”的研究论文。该研究发现核不均一核糖核蛋白家族成员hnRNPC作为m6A修饰的阅读蛋白(Reader)在小鼠生殖细胞减数分裂进程中发挥着不可或缺的生理作用,在机制上证明了hnRNPC可识别并直接结合减数分裂关键基因,与RNA结合蛋白HuR共同通过m6A修饰来调节靶基因的可变剪接,从而维持生殖细胞减数分裂起始及进程的新机制。


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研究团队在前期研究基础上鉴定到了核不均一核糖核蛋白hnRNPC,发现hnRNPC在精原细胞和精母细胞中高表达,并通过Stra8-GFP Cre构建了生殖细胞中特异性敲除Hnrnpc小鼠模型。小鼠表型分析结果显示,敲除雄性和雌性小鼠均完全不育,表现为精子发生和卵子发生均阻滞在减数分裂前期I。进一步分析发现,生殖细胞中Hnrnpc基因缺失导致雄性小鼠减数分裂起始异常,精母细胞染色体联会和双链DNA断裂(DSB)修复受损,染色体交叉无法形成,精子发生最终停滞在减数分裂粗线期阶段。相似的,研究还发现Hnrnpc基因缺失的雌性小鼠卵母细胞出现了减数分裂染色体联会和同源重组异常。这些结果表明hnRNPC在小鼠减数分裂进程中发挥有重要的调控作用及生物学功能。

为进一步探究hnRNPC在生殖细胞发育及减数分裂中的分子调控机制,团队通过RNA-seqRIP-seq技术对c-KIT阳性的生殖细胞进行了高通量测序分析,发现hnRNPC在生殖细胞中通过直接结合某些减数分裂相关基因(如Sycp1Dmc1Stra8Palb2)调控其可变剪接,进而影响这些基因的表达。此外,团队联合分析了RIP-seqmeRIP-seq数据,发现hnRNPC在生殖细胞发育过程中通过依赖m6A修饰的方式调控靶基因表达。随后,团队通过在体外突变靶基因mRNA上的m6A位点验证了这一结果,进一步证实了hnRNPC通过识别靶基因m6A位点调控其可变剪接。这些结果提示hnRNPC在生殖细胞中可作为m6A阅读蛋白发挥其生物学功能。

接下来,团队利用免疫共沉淀-质谱串联(IP-MS)技术鉴别到hnRNPCRNA结合蛋白HuR有相互作用关系,并通过体外Co-IP实验进行了证实,免疫荧光定位实验显示也了HuRhnRNPC在生殖细胞中具有相似的细胞定位。因此,团队在生殖细胞中分别对hnRNPCHuR进行了转录组的联合分析,通过hnRNPCHuRRIP-seq联合分析,以及体外过表达实验进一步证实了hnRNPC在生殖细胞中与HuR相互作用,共同调控减数分裂相关基因(如Sycp1Brca1Smc5)的可变剪接事件的发生。

总的来说,本研究揭示了hnRNPC在减数分裂进程中的关键作用机制,发现了核不均一核糖核蛋白hnRNPC介导的m6A修饰参与减数分裂进程,并通过多组学测序技术提出了hnRNPC-HuR在生殖细胞mRNA可变剪接事件中的调控机制假说(图1),为深入理解减数分裂的分子调节机制提供了新见解,并为临床上由减数分裂异常导致的非梗阻性无精子症患者的诊断提供了新的理论视角。


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1. hnRNPC调控生殖细胞发育的模式图 

雷竞技raybet官方平台2022级博士生熊欣欣、raybet官网实验动物中心丰胜磊博士(现为湖南大学生物学院副教授)、raybet官网实验动物中心马西祥博士为该论文的共同第一作者,雷竞技raybet官方平台/实验动物中心袁水桥教授和雷竞技raybet官方平台王晓莉副教授为该论文的共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、湖北省实验动物研究专项基金、raybet官网基础研究计划等项目资助。

 

原文链接:https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202412196

 

 

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