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研究人员发现与男性生育有关的新基因

熊本大学的研究人员发现了一种控制精子发生减数分裂完成的新基因。到目前为止,在精子发生过程中使减数分裂程序中​​涉及的基因表达失活的机制的细节尚未阐明。研究人员认为,这可能会导致生殖医学的进步,例如确定无精子症或生精缺陷引起的不孕症。

减数分裂是一种特殊类型的细胞分裂,发生在卵巢和睾丸中,通过将染色体数量减少到原来的一半来产生卵子和精子。减数分裂完成后,DNA 继续高度浓缩并经历主要的形态变化,这是精子发生的特征。该过程使许多先前在精子发生中进行减数分裂活跃的基因的表达失活。然而,在适当的时间完成减数分裂程序的详细机制尚不清楚,虽然这是男性不育等与生殖医学直接相关的重要问题,但多年来一直是一个悬而未决的问题。

熊本大学分子胚胎学和遗传学研究所 (IMEG) 的 Ishiguro 教授小组此前发现了 MEIOSIN,这是一种开启减数分裂并导致数百个参与精子和卵子形成的基因同时激活的基因。其中,许多基因具有尚未完全了解的功能。在确定这些功能的工作中,研究人员选择了 ZFP541 基因进行详细分析。

当使用基因组编辑消除小鼠中 ZFP541 基因的功能时,雄性生殖细胞开始减数分裂,但在此过程中死亡,因为没有精子产生,导致不育。对这些小鼠睾丸的详细分析表明,ZFP541 基因在减数分裂的调节中起着至关重要的作用,并且是参与精子产生的重要基因。

此外,ZFP541 在减数分裂后期早期表达,并与许多减数分裂相关基因的调控区(称为启动子)结合。已知乙酰化组蛋白存在于启动子的调控区域中,作为基因表达持续激活的标志物。通过质谱分析,研究人员发现 ZFP541 与一种名为 KCTD19 的未知蛋白质和一种名为 HDAC1 的酶结合,之前的研究表明该酶可以从组蛋白中去除乙酰基。这些结果表明ZFP541和HDAC1共同消除了组蛋白乙酰基,使减数分裂相关基因的表达失活,完成减数分裂。

“这项研究是我们于 2020 年 2 月发表的发现 MEIOSIN 的后续行动,揭示了 MEIOSIN 控制下的基因的部分功能,该基因的功能仍然未知,”领导这项研究的 Yuki Takada 博士说。“虽然这些结果在小鼠身上得到了验证,但已知ZFP541也存在于人类中。人类不孕不育的案例有很多,原因不明,但我们预计这一结果将有助于阐明不孕症的发病机制,尤其是那些与精子发育不良有关的。”

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