Sci Adv：精子发生的“翻译开关”，南京医科大学徐宇君等发现PUM蛋白从抑制因子变身激活因子，确保染色质顺利重塑

精子发生是一个高度协调的发育过程，通过有丝分裂增殖、减数分裂和精子形成，将二倍体精原细胞转化为单倍体精子。这些转变伴随着广泛的染色质重塑和动态的表观遗传调控，这是生殖细胞分化所需独特基因表达程序的基础。

特别是，减数分裂后的单倍体精子细胞经历了剧烈的染色质重组，其特征包括组蛋白修饰、过渡蛋白的掺入以及组蛋白-鱼精蛋白转换，最终形成高度压缩的成熟精子染色质。染色质调控因子，如BRDT、CTCF、SMARCA5、PRC2组分和SIN3A，在这些过程中发挥着不可或缺的作用，然而确保它们精确表达和适时调控的机制尚不完全清楚。

雄性生殖细胞发育中的一个独特挑战是转录并非持续进行。转录活性在精母细胞和圆形精子细胞中达到峰值，但在精子形成过程中，随着染色质压缩的推进而急剧下降。因此，生殖细胞高度依赖转录后机制，特别是翻译调控，以确保在转录沉默期及时生成蛋白质。

RNA结合蛋白（RBP）是这种调控的核心中介，协调mRNA的稳定性、储存和翻译。已有多项研究表明，包括DAZL、DDX20、FXR1、CEP112和MIWI在内的数种RBP能够促进精子发生所必需mRNA的翻译。然而，专门控制染色质调控因子（减数分裂进程和染色质压缩的关键驱动因子）翻译的RBP尚未被鉴定。

图1.一个睾丸特异性翻译调节网络的模型，其中PUM1/2在体内结合染色质调节mrna，而DAZL和PABPC1与选定的共享靶点相关联（摘自

Science Advances

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Pumilio（PUM）家族的RBP是从无脊椎动物到哺乳动物中进化保守的翻译调控因子。它们通过其Pumilio同源结构域（PUM-HD）识别靶mRNA 3′非翻译区（3′UTR）内含有UGUA的基序，这些基序被称为PUMILIO结合元件（PBE）。

在果蝇和秀丽隐杆线虫中，Pumilio同源物通过翻译抑制发育调控因子，对于生殖系干细胞维持、细胞命运决定以及防止过早分化至关重要。哺乳动物基因组编码两个同源物，PUM1和PUM2，它们具有高度的结构相似性且广泛表达。遗传学研究已表明PUM1和PUM2参与胚胎发育、干细胞多能性、器官大小控制和基因组稳定性，其突变与增殖、分化和组织稳态缺陷相关。

在生殖系中，单基因敲除研究揭示了PUM1或PUM2在保护精子发生中的作用，但表型相对温和或外显率不完全，表明存在功能冗余。在无脊椎动物中观察到的Pumilio蛋白与干细胞相关的功能在哺乳动物生殖系发育过程中是保守、改变还是被重新部署，这一问题仍未解决，需要对体内Pum1和Pum2的联合缺失进行分析。

基于结构、生化和全转录组研究，PUM蛋白通常被视为翻译抑制因子和mRNA衰变因子，这些研究表明PUM1/2能够结合靶mRNA 3′UTR中的PBE并招募衰变机制。然而，新兴证据表明PUM功能可能具有环境依赖性。

在特定的细胞环境（包括造血祖细胞和神经元）中，已有报道指出PUM蛋白可正向影响选定靶标的蛋白质输出，但其潜在机制和生理相关性仍不清楚。这种非典型的、促进翻译的功能是否在哺乳动物生殖系中（由于转录沉默，翻译控制在此至关重要）发挥作用，尚未得到研究。

在此，作者证明PUM1和PUM2在精子发生过程中充当翻译激活因子。利用增强型交联免疫沉淀（eCLIP）技术，作者鉴定出染色质调控因子mRNA是PUM1/2的直接靶标。作者发现PUM1/2与翻译激活因子DAZL和PABPC1相关联，以促进蛋白质输出，而对mRNA稳定性的影响极小。

在多个发育阶段的生殖细胞中条件性敲除Pum1和Pum2会导致减数分裂进程缺陷、染色质重塑受损、精子形态异常以及雄性不育。总之，这些发现支持哺乳动物PUM蛋白作为环境依赖性翻译调控因子，并揭示了一种在精子发生过程中将RNA调控与染色质动力学联系起来的转录后机制。

参考消息：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aed5708