siRNA敲除线虫精子蛋白研究人类不育

　　

生物通报道：一项研究线虫（Caenorhabditis elegans）体内精子形成的实验结果有助于寻找人类不育相关基因。尽管人类和线虫及不相同，但是这两种生物精子中，与DNA组装成为染色质过程有关的蛋白质——组蛋白是相似的。

 

研究小组带头人、加州大学伯克利分校Howard Hughes医学院研究人员Barbara Meyer通过对比人类和线虫精子中若干组蛋白，提到：“（此研究结果）为人类不孕和避孕研究提供了重要靶标。”文章刊登于8月30日电子版NATURE。

 

大约有1/6的夫妇不能生育，其中有一半原因是由于精子质量不合格。不孕精子的DNA往往形成碎片，或者是不能正常组装。Meyer及其同事希望通过研究线虫精子生成过程，获得一些导致精子不育的分子机制。“线虫和人类的精子看起来不同，但实际上精子头部DNA结构的组装和紧缩过程是相似的。”

 

先前在Meyer实验室做博士后，现任旧金山大学副教授的Diana Chu采用Meyer和John Yates在Scripps研究所建立的联合技术。Yates发展了一种能够将液项色谱（liquid chromatography）、质谱（mass spectrometry）和生物资讯学（bioinformatics）相结合的联合技术，用于鉴定小量生物材料细胞中的复杂装置中的上百种蛋白。在Meyer实验室早期细胞分裂（cell division）研究的基础上，Chu利用此联合技术研究精子发生（spermatogenesis）。她说：“我们认为寻找精子发生相关的所有蛋白并不是相象中的那么复杂。”

 

实验第一步，Chu分离线虫处于形成过程中的精子细胞，用Yates联合技术在这些细胞中得到了与染色体有关的1099种蛋白，比根据蛋白功能进行单独分离得到的要多的多。

 

实验第二步，用两种方法缩小名单上的蛋白种类，以希望得到最能代表精子形成细胞染色体形成的蛋白。1）利用Yates联合技术检测卵母细胞，得到这些细胞中与染色体相关的812种蛋白，将它们从先前的1099种蛋白名单中划除，进一步得到只与精子发生有关的蛋白。2）对于剩下的132种蛋白，Chu与伯克利分校的同事们采用siRNA技术依次敲除精子细胞中表达这132种蛋白的基因。发现，敲除其中的50种基因，会导致线虫或者不能形成胚胎或者胚胎缺陷致死。

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第三步，Chu及其同事将这50种线虫基因与人类和小鼠的相应基因进行对比。发现其中许多基因，特别是在细胞分裂和DNA压缩为染色体的过程中出现的基因都是非常相似的。其中一些基因在小鼠体内的对应基因被敲除后，会导致小鼠不育。目前，Chu在其旧金山实验室着手研究这些蛋白的生物学细节“在分子水平上它们是怎样工作的？”

 

Meyer认为此实验非比寻常，从研究毫米级长度的线虫可以得到哺乳动物精子形成的更多信息。“实验设计者可能认为这些对于人类和哺乳动物研究是相当重要的，但事实在于这些低等生物是无价之宝：进化过程中很多的基本的生物学途径是保守的，研究人员可以在这些相对简单的生物体内快速敲除大量基因；另外这些低等生物的价格与研究相对复杂的生物有机体相比很低廉。通过研究线虫这样简单的生命形式，能够发现大批蛋白，并弄清这些蛋白的生物学作用。”

 

目前Chu等进行的实验是：通过检测这些蛋白在线虫体内和哺乳动物体内的功能，最终找到造成人类不育相关的基因。Meyer 说：“我们从线虫中得到的这些蛋白的数据对于致力于研究人类和小鼠的研究人员很有帮助，有助于找到引发人类不育的相关基因。我们鉴别到的许多基因，都与人类遗传学家检测人类不育相关基因所对应的染色体区域相吻合。此论文为哺乳动物（包括人类）研究的理论和实践相结合打开了新的局面。”

 

研究人员的另一个研究重点的寻找男性避孕的新途径。Meyer 说：“发展适用于男性的人类的避孕措施目前还是相当缺乏的。所以为了设计能够干扰精子发生而对男性没有毒副作用的药物，也就是寻找特定靶标，我们需要尽可能弄清精子特有的蛋白和基因。”（生物通记者 小粥）