1700102P08Rik,也称为男性粗线期特异性(MAPS)蛋白,是一种重要的男性生殖基因。它编码的蛋白质在精子发生过程中发挥着关键作用,特别是在粗线期,这是减数分裂I过程中的一个重要阶段。MAPS蛋白在雄性生殖细胞中高度表达,而在雌性生殖细胞和其他体细胞中表达较低。MAPS蛋白的功能缺失会导致雄性不育,而不会影响雌性的生育能力。
Wu等人[1]报道了1700102P08Rik基因在男性生育中的重要性。他们发现,在人类和小鼠中,该基因都得到了高度保守,并且在精母细胞中高度表达。为了研究1700102P08Rik在男性生育中的作用,他们通过CRISPR-Cas9技术产生了基因敲除小鼠。结果显示,1700102P08Rik敲除雄性小鼠不育,睾丸和附睾体积缩小,而敲除雌性小鼠的生育能力正常。在1700102P08Rik敲除雄性小鼠中,精子发生停滞在精母细胞阶段,附睾中没有发现精子。此外,1700102P08Rik基因的缺失会导致睾丸中的细胞凋亡,但不会影响血清中睾酮、黄体生成激素和促卵泡激素的浓度,也不会影响同源染色体的联会和重组。他们还发现,在人类精母细胞停滞中,1700102P08Rik基因的表达下调。这些结果表明,1700102P08Rik基因对于精子发生至关重要,其功能异常会导致男性不育。
Li等人[2]对1700102P08Rik基因进行了详细的研究,并确认了其编码的蛋白质MAPS是男性生殖细胞特有的。他们发现,缺乏MAPS蛋白的小鼠在粗线期停滞,并导致精母细胞死亡,从而导致雄性不育。有趣的是,青春期缺乏MAPS蛋白的精母细胞在早期粗线期停滞,伴随有DNA双链断裂修复、交叉形成和XY体形成的缺陷。相比之下,成年缺乏MAPS蛋白的精母细胞仅表现出部分缺陷的交叉,但仍从早期到中期和晚期粗线期进展延迟或失败,导致细胞死亡。此外,他们还发现,缺乏MAPS蛋白的粗线期精母细胞在常染色体和XY染色体上存在显著的转录失调,包括减数分裂性染色体失活(MSCI)失败。进一步的实验表明,MAPS蛋白的过表达在体外显著降低了细胞蛋白的泛素化水平。相反,在缺乏MAPS蛋白的粗线期细胞中,蛋白泛素化水平显著增加,这可能导致粗线期细胞中基因表达的广泛破坏。因此,MAPS蛋白是小鼠粗线期进展所必需的蛋白质,可能在哺乳动物中普遍存在。
Fang等人[3]通过研究小鼠精子发生过程中的蛋白质组动力学,预测并验证了小鼠减数分裂必需基因。他们使用机器学习算法,根据全球蛋白质丰度对基因进行排序,以确定其在哺乳动物减数分裂中的功能可能性。他们发现,1700102P08Rik基因是预测得分最高的10个基因之一,并被验证为减数分裂必需基因。这表明,基于蛋白质丰度数据集,可以有效地预测哺乳动物减数分裂必需基因,为从相关丰度数据集中挖掘其他功能基因提供了范例。
综上所述,1700102P08Rik基因编码的MAPS蛋白在精子发生过程中发挥着关键作用,特别是在粗线期。MAPS蛋白的功能缺失会导致雄性不育,而不会影响雌性的生育能力。MAPS蛋白的过表达或缺失都会导致基因表达的广泛破坏,影响减数分裂的进程。这些研究结果突出了1700102P08Rik基因在男性生殖中的重要性,并为理解精子发生和男性不育的分子机制提供了新的见解。未来研究可以进一步探索MAPS蛋白的生物学功能和调控机制,以及其在人类生殖医学中的应用潜力。
参考文献:
1. Wu, Xiao-Long, Yun, Da-Min, Gao, Sheng, Wang, Gui-Shuan, Sun, Fei. 2020. The testis-specific gene 1700102P08Rik is essential for male fertility. In Molecular reproduction and development, 87, 231-240. doi:10.1002/mrd.23314. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31930642/
2. Li, Miao, Zheng, Jiahuan, Li, Gaopeng, Wang, Hengbin, Liu, Kui. . The male germline-specific protein MAPS is indispensable for pachynema progression and fertility. In Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 118, . doi:10.1073/pnas.2025421118. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33602822/
3. Fang, Kailun, Li, Qidan, Wei, Yu, Liu, Siqi, Chen, Charlie Degui. 2021. Prediction and Validation of Mouse Meiosis-Essential Genes Based on Spermatogenesis Proteome Dynamics. In Molecular & cellular proteomics : MCP, 20, 100014. doi:10.1074/mcp.RA120.002081. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33257503/