Tsga8,也称为Testis-specific gene a8,是一种位于小鼠X染色体上的基因,主要在精子发生过程中表达,特别是在精子细胞核后期的染色体浓缩和核形态变化阶段。Tsga8的蛋白质富含丙氨酸,具有高度保守的结构域,但它的氨基酸序列在自然种群中表现出显著的插入-缺失变异,这种变异导致其长度与参考小鼠基因组相比,可以相差高达89个氨基酸(占总蛋白长度的27%)[1]。此外,Tsga8在近缘小鼠物种间的蛋白质序列和长度也存在显著差异。尽管在其他哺乳动物物种中尚未明确描述Tsga8的直系同源基因,但研究人员在鼠的X染色体上发现了一个与Tsga8的5'和3'端具有明显同源性的假想基因,该基因在鼠的睾丸中表达,并在蛋白质序列的几个一般特征上与小鼠Tsga8具有显著的相似性,尽管在60%以上的鼠-编码区域中没有核苷酸序列的保守性[1]。
DNA去甲基化对于Tsga8在精子细胞中的特异性转录是必需的。在精子发生过程中,Tsga8启动子的CpG位点甲基化水平与其表达呈负相关。在精原细胞中,Tsga8启动子被甲基化,然后在精母细胞中去甲基化,并在精子细胞中保持去甲基化状态,为Tsga8的转录提供了一个潜在的活性染色质环境。体外研究表明,转录因子E12和Spz1可以通过结合Tsga8启动子中未甲基化的E-box基序来增强Tsga8启动子的活性。此外,Tsga8启动子驱动的绿色荧光蛋白(GFP)在Tsga8-GFP转基因小鼠的生殖细胞中表达,其表达模式与内源性Tsga8相似。Tsga8启动子驱动的转基因的DNA甲基化谱与内源性Tsga8启动子一致,这表明Tsga8启动子存在类似的表观遗传修饰,以确保其在体内的时空表达[2]。
Tsga8在精子形态发生和雄性生育力中起着至关重要的作用。Tsga8的缺失导致小鼠雄性不育,表现为精子细胞中的异常染色体分布、伸长精子头部畸形和精子释放失败。Tsga8的耗尽导致数千个基因的失调,包括在精子细胞中重新激活的X染色体基因,以及TNP1和PRM1等关键因子减少,这些因子对于组蛋白向精氨酸的转变至关重要。通过精子细胞的胞质内精子注射(ICSI)可以挽救不育表型,这表明精子细胞基因组具有受精能力。因此,Tsga8是KMT2B的一个目标基因,对于精子发生和生育力至关重要[3]。
Tsga8的研究揭示了其作为一个高度进化的基因在精子发生和雄性生育力中的关键作用。其序列的快速进化可能与其在生殖隔离中的作用有关,因为生殖隔离是物种形成的关键过程。此外,Tsga8的表达调控机制,包括DNA甲基化和转录因子的结合,对于理解基因表达的时空调控具有重要意义。未来的研究可以进一步探索Tsga8的功能和进化机制,以及它与其他生殖相关基因的相互作用,为解决雄性不育问题提供新的思路和策略。
参考文献:
1. Good, Jeffrey M, Vanderpool, Dan, Smith, Kimberly L, Nachman, Michael W. 2010. Extraordinary sequence divergence at Tsga8, an X-linked gene involved in mouse spermiogenesis. In Molecular biology and evolution, 28, 1675-86. doi:10.1093/molbev/msq348. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/21186189/
2. Lu, Yongjie, Liao, Shunyao, Tu, Wenling, Yang, Yuan, Liu, Yunqiang. . DNA demethylation facilitates the specific transcription of the mouse X-linked Tsga8 gene in round spermatids†. In Biology of reproduction, 100, 994-1007. doi:10.1093/biolre/ioy255. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30541061/
3. Kobayashi, Yuki, Tomizawa, Shin-Ichi, Ono, Michio, Ogura, Atsuo, Ohbo, Kazuyuki. 2021. Tsga8 is required for spermatid morphogenesis and male fertility in mice. In Development (Cambridge, England), 148, . doi:10.1242/dev.196212. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33766931/