李建民课题组在Nature Cell Biology杂志发表研究论文,揭示piRNA通路在哺乳类雌性生殖中具有重要功能

发布者:张愉悦发布时间:2021-09-09浏览次数:10

       piRNA是一类长度为18-30 nt的小RNA,在生殖细胞中特异性表达,早先研究显示,小鼠敲除PIWI蛋白及相关蛋白,可导致piRNA生成途径受阻,造成雄性小鼠不育,但雌性小鼠可孕。因此,在piRNA研究领域普遍认为:piRNA对哺乳动物雌性生殖不是必需的。小鼠只有Piwil1,Piwil2,Piwil4, 但人与大多数哺乳动物都具有PIWIL1-4 四种亚型,那么小鼠的piRNA功能研究能代表哺乳类吗?

       围绕这一科知识题,李建民课题组与中科院吴立刚课题组合作,通过研究发现,piRNA-PIWI轴重要作用蛋白PIWIL1和MOV10L1(RNA解旋酶)敲除的金黄仓鼠,可致雄鼠不育,雌鼠不孕;雄性敲除产生生精细胞发育障碍,雌性敲除胚胎发育形成二细胞阻滞。通过正向和反向的胚胎移植实验验证了胚胎发育的停滞是由于卵细胞自身缺陷造成的,并非是敲除仓鼠的输卵管或卵巢存在异常。小RNA和转录组测序研究发现,PIWIL1在卵细胞中可结合23-nt和29-nt两种不同长度piRNA,随着卵细胞和胚胎的发育,PIWIL1结合的piRNA从29-nt逐渐过渡到23-nt。敲除Piwil1基因造成卵细胞中ERV和LINE1等逆转座子的异常积累,同时导致母源mRNA降解减慢和胚胎早期发育中合子基因激活(ZGA)失败。

       该研究揭示了piRNA通路对金黄地鼠雄性和雌性生殖发育均是必要的,在沉默转座子和维持合子基因激活中发挥了重要作用,颠覆了分子生物学、遗传学有关piRNA-PIWI通路在哺乳动物雌性生殖中不具有功能的研究结论。本项研究提示在金黄地鼠卵母细胞中表达的PIWIs和piRNAs比小鼠更能代表人类和其他哺乳类,金黄仓鼠更适合研究人类早期胚胎发育,用作研究临床不孕不育机制的动物模型,为人类临床女性不孕提供诊断和治疗的研究提供了新视点,有望引领哺乳类胚胎发育中新的研究热点。

       该工作于2021年9月6号在线发表于Nature Cell Biology, 通讯编辑李建民教授(lead corresponding author),共同通讯为中国科澳门威斯尼人分子细胞科学卓越创新中心吴立刚研究员和我校医药实验动物中心曾文滔,中科院分子细胞卓越中心张宏道博士和张凤娟博士、研究生陈菁桦和李明哲博士为该论文的共同第一编辑。医药实验动物中心赖亚娜、张爱华、付鹤玲、周建丽、施爱民等为文章共同编辑。研究工作得到医药实验动物中心自主项目、生殖澳门威斯尼人国家重点官网开放课题、江苏省科技厅、国家自然科学基金委等经费支撑。


(供稿/李建民教授课题组;审核/高威)



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