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【编辑推荐】为探究 AKAP14 在雄性生育中的作用,研究人员利用 CRISPR/Cas9 构建Akap14ins/Y敲除小鼠,发现其生育力、精子参数及减数分裂均正常。证实 AKAP14 对小鼠精子发生非必需,为优化生殖研究资源分配提供依据。
在生命科学领域,雄性生殖机制的探索始终是热点与难点。精子发生(spermatogenesis)作为雄性生殖的核心过程,涉及精原细胞增殖、精母细胞减数分裂及精子形成等一系列精密调控,任一环节异常均可能导致不育。A 激酶锚定蛋白(A-kinase anchoring proteins, AKAPs)家族作为重要的信号支架蛋白,通过锚定蛋白激酶 A(protein kinase A, PKA)等信号分子,在细胞发育、生殖等过程中扮演关键角色。其中,AKAP3 和 AKAP4 因在精子纤维鞘(sperm fibrous sheath)形成中的关键作用已被证实与雄性生育力密切相关,而睾丸高表达的 AKAP14(又称 AKAP28),其在生殖中的功能却一直笼罩在迷雾之中。明确 AKAP14 的作用,不仅有助于完善 AKAP 家族在生殖调控中的网络图谱,更能为男性不育的机制研究与靶点筛选提供新视角。
为解开这一谜题,中国科学技术大学的研究人员开展了深入研究。他们利用 CRISPR/Cas9 基因编辑技术构建了Akap14敲除小鼠(Akap14ins/Y),通过多维度表型分析,系统评估了 AKAP14 缺失对雄性生育力及精子发生的影响。研究成果发表在《Cells》,为 AKAP 家族在生殖领域的研究提供了重要新数据。
研究主要采用了以下关键技术方法:首先利用 CRISPR/Cas9 技术针对Akap14第二外显子设计向导 RNA,构建基因敲除小鼠模型;通过蛋白序列比对(ClustalW)和系统发育树构建(MEGAX)分析 AKAP14 的进化保守性;借助睾丸组织形态学观察、附睾精子计数、精子运动能力检测及减数分裂前期 Ⅰ 各阶段分布分析等手段,对比野生型与敲除小鼠的生殖表型差异。
AKAP14 是进化保守且富集于减数分裂后生殖细胞的蛋白
通过多物种蛋白序列比对发现,AKAP14 在真兽类动物中具有高度序列保守性,提示其可能在进化中承担重要功能。进一步在小鼠模型中研究发现,AKAP14 蛋白主要富集于减数分裂后的生精细胞,暗示其可能参与精子形成或成熟过程。
AKAP14 缺失不影响小鼠雄性生育力及精子参数
对Akap14ins/Y敲除雄性小鼠的生育力评估显示,其与野生型小鼠交配后,平均窝仔数、受孕率等生育指标无显著差异。睾丸重量与体重比值、附睾精子数量、精子活力(包括前向运动率等参数)及精子形态(头部、尾部结构完整性)均与野生型小鼠无统计学差异,表明 AKAP14 缺失未对精子发生的终产物 —— 成熟精子的基本功能产生负面影响。
AKAP14 不参与调控小鼠精子发生中的减数分裂进程
减数分裂是精子发生的关键环节,研究人员通过检测减数分裂前期 Ⅰ 各亚阶段(如细线期、偶线期、粗线期、双线期等)的分布比例,发现敲除小鼠与野生型小鼠的睾丸中各阶段细胞占比一致,提示 AKAP14 缺失未干扰精母细胞的减数分裂时序与进程,进一步说明其在精子发生的减数分裂阶段并非必需因子。
综合研究结果表明,尽管 AKAP14 在睾丸组织中高表达且具有进化保守性,但其缺失并不会导致小鼠雄性生育力受损,也不影响精子发生过程中的减数分裂及精子成熟。这一发现颠覆了 “高表达基因必然具有关键功能” 的传统认知,为 AKAP 家族的功能研究提供了新范式。从应用层面看,该研究提示在小鼠模型中可暂不将 AKAP14 作为雄性生殖研究的核心靶点,有助于科研资源的优化配置。同时,研究结果也为探索人类 AKAP14 的功能提供了重要参考,尽管种属差异可能存在,但该研究建立的技术路径与表型分析体系,为后续跨物种研究奠定了方法学基础。值得注意的是,AKAP14 在精子纤维鞘中的定位及其与 PKA 的相互作用仍需在其他模型中进一步验证,其潜在的代偿机制或与其他 AKAP 家族成员的功能冗余性,可能是未来研究的新方向。