Advanced Science：CNOT4在哺乳动物生殖细胞性染色体配对中的生理功能

　　

 2021年3月16日，我院范衡宇实验室在Advanced Science杂志上在线发表了题为“The CNOT4 Subunit of the CCR4-NOT Complex is Involved in mRNA Degradation, Efficient DNA Damage Repair, and XY Chromosome Crossover during Male Germ Cell Meiosis”的研究论文，首次报道了CCR4-NOT复合体中RNA结合亚基CNOT4在哺乳动物胚胎发生和雄性生殖细胞减数分裂过程中的生理功能，同时也提出在雄性生殖细胞中存在CNOT7独立于CNOT6/6L发挥功能的去腺苷酸化模型。

         以前在基因敲除小鼠中的研究表明，CCR4-NOT复合体中的两个催化亚基，CNOT7和CNOT6L，分别在雄性和雌性生殖细胞发育过程中发挥关键作用，但与它们协同作用的其他亚基的生理作用还未见报道。课题组首先通过构建Cnot6/6l双敲除小鼠，证明CNOT6/6L亚基对个体存活和雄性生殖没有影响，而是专一性地调控卵子发生。而Cnot4基因敲除造成小鼠胚胎期死亡，说明该亚基具有更广谱的生理功能。进一步在雄性生殖细胞中特异性敲除Cnot4的条件性基因敲除小鼠，则造成精子发生的严重缺陷和雄性不育。这些研究首次在生理条件下提供了遗传证据，表明CCR4-NOT复合体在雄性生殖细胞中，CNOT7可以独立于CNOT6/6L发挥功能，并且受到调节因子CNOT4的影响,共同促进精子生成过程中偶线期到粗线期mRNA的去腺苷酸化和降解。打破了之前体外生化实验结果表明的CCR4-NOT复合体中的CNOT6/6L和CNOT7/8催化亚基要协同催化Poly(A)尾的去腺苷酸化降解的认知。

图1: 在雄性生殖细胞中CNOT7与CNOT4共同促进偶线期到粗线期mRNA的去腺苷酸化和降解。 

  课题组探究了CCR4-NOTCNOT4复合体在雄性生殖细胞减数分裂过程中的功能，在生理层面证实CNOT4是一个RNA结合蛋白，充当CCR4-NOT复合体的一个底物识别亚基。在减数分裂过程中，CNOT4通过其RNA调节基序（RNA regulation motif，RRM），调节减数分裂前期，特别是偶线期向粗线期过渡过程中，mRNA的正常降解。这一生化过程具有以下重要生理功能： 1）促进精子发生过程中所需基因的适当表达; 2）保证减数分裂期间程序性的DNA双链断裂修复；3）促进X和Y染色体之间交叉点的形成和有效配对。雄性生殖细胞中的Cnot4缺失会导致本应降解的转录本的积累，DSB修复缺陷，染色体散落和XY染色体配对失败，最终导致减数分裂中期停滞和雄性生殖细胞凋亡。

图2: CNOT4在精子发生过程中发挥的功能

 该项研究一方面提出了CCR4-NOT去腺苷酸化复合体在雄性生殖细胞中，存在CNOT7独立于CNOT6/6L发挥功能的去腺苷酸化模型并提供了遗传学证据；另一方面在生理水平上解析了CNOT4在哺乳动物胚胎发生和雄性生殖细胞减数分裂过程中的生理功能，这是首次明确报道CNOT4在CCR4-NOT复合体中所起的生化功能，以及CNOT4在哺乳动物发育过程中的生理功能。这项工作首次把mRNA稳定性调控这一生化事件与减数分裂DNA链的损伤修复、性染色体联会配对这些重要生殖生物学事件联系起来，将会引起分子和发育生物学背景研究人员的广泛兴趣。

 浙江大学生命科学研究院博士后戴兴兴为本文第一作者，博士研究生姜玉、顾佳慧、蒋知妍、吴韵雯也在工作中有重要贡献。中国科学技术大学史庆华教授课题组也对本研究提供了技术支持。该研究受到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助。

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202003636