果蝇Ctr9t同源依赖性Paf1C亚基特异性调控性染色体基因表达与雄性生殖细胞分化的分子机制

这篇研究揭示了果蝇睾丸特异性Paf1C亚基Ctr9t通过核仁区室化调控性染色体基因表达的新机制。研究发现Ctr9t与睾丸特异性转录因子（tTAF）Sa共定位于精母细胞核仁，通过维持Y染色体雄性生育基因（如kl-2/3/5）激活和X染色体全局抑制的双重调控，确保精子发生后期分化。该工作为理解生殖细胞特异性转录调控提供了新范式。

　　

2.1 果蝇Paf1C亚基同源基因的睾丸特异性表达

真核生物保守的Paf1转录调控复合体（Paf1C）在果蝇中展现出独特的睾丸特异性表达模式。通过系统发育分析发现，核心亚基Ctr9、Paf1、Leo1和Cdc73均存在睾丸富集同源基因（分别命名为ctr9t、paf1t、leo1t和cdc73t），这些同源基因在Drosophilidae家族中广泛保守但进化速率显著加快。转录组数据显示，这些同源基因在睾丸中的表达量显著高于其组成型表达 counterparts，暗示其在精子发生中的特殊功能。值得注意的是，rtf1的三个同源基因中，tPlus3a/b已被证实参与精子分化，为本研究提供了线索。

2.2 ctr9t缺失导致精子分化缺陷与雄性不育

通过CRISPR-Cas9构建的ctr9t^LF突变体（提前终止于第238位亮氨酸）展现出独特的表型：虽然能完成减数分裂，但精子核伸长异常，个体化复合体（IC）结构紊乱，最终导致精子头长缩短50%和近乎完全不育。免疫印迹证实内源性Ctr9t蛋白（~100 kDa）在突变体中完全缺失。通过原生启动子驱动的GFP-FLAG-Ctr9t回补实验，发现该蛋白在精母细胞阶段特异性表达，且其功能具有生殖细胞自主性——仅当使用bam-Gal4（分化期生殖细胞）或topi-Gal4（精母细胞）驱动表达时才能部分挽救不育表型，而遍在表达actin5C-Gal4则无效。

2.3 Ctr9t的精母细胞核仁区室化定位

免疫荧光揭示了Ctr9t在精母细胞核仁中的独特定位模式：与组蛋白H2Av部分共定位，但与常规Paf1C组分Paf1/Cdc73的核质分布截然不同。高分辨率成像显示Ctr9t与核仁标志物Fibrillarin存在空间重叠但非完全共定位，提示其富集于核仁特定亚区。值得注意的是，H3K4me3（常规Paf1C的活性标记）在核仁区几乎检测不到，暗示Ctr9t可能独立于经典Paf1C发挥功能。

2.4 与tTAF Sa和PRC1的互作网络

共定位分析发现Ctr9t与睾丸特异性TBP相关因子8（TAF8）同源蛋白Sa在核仁中形成完美共定位结构。遗传互作实验揭示：ctr9t缺失导致核仁Sa-GFP信号解聚为核质散斑（但常染色体定位不受影响），而sa突变却不影响Ctr9t定位，显示单向依赖性。更有趣的是，多梳抑制复合体1（PRC1）核心组分Pc在ctr9t突变体中丧失核仁周缘富集特征，定量分析显示其核仁/核质信号比下降60%。这些发现构建了"Ctr9t-Sa-Pc"的三元调控轴。

2.5 性染色体基因表达的全局调控

转录组分析发现286个差异表达基因（p<0.01），呈现"激活Y染色体-抑制X染色体"的双重特征：

• Y染色体上kl-2、kl-3、kl-5和ORY等雄性生育基因表达量下降2-5倍（RT-qPCR验证），这些基因均含巨型内含子并形成Y环结构

• X染色体58个基因显著上调（如RpS15a等核糖体基因），占全部上调基因的57%

• 回补实验证实GFP-FLAG-Ctr9t能恢复性染色体表达异常

  平行研究证实leo1t缺失也引起类似X染色体去抑制，结合TurboID邻近标记捕获到Leo1t与Ctr9t互作，提示睾丸特异性Paf1C亚基可能形成新型调控复合体。

3 讨论

该研究揭示了生殖细胞特异性转录调控的进化策略：通过基因复制产生功能分化的Paf1C亚基同源基因。Ctr9t通过核仁区室化招募tTAF Sa和PRC1，建立性染色体"Y激活-X抑制"的表观遗传格局：

1）对Y环基因：可能通过隔离Pc防止其异常沉默

2）对X染色体：核仁毗邻的物理位置利于建立抑制域

这种机制在D. pseudoobscura等Y染色体不育基因易位至常染色体的物种中丢失，暗示其与Y环基因调控的共进化关系。研究为理解核仁非经典功能（如染色质调控）提供了新视角，也为雄性不育机制研究提供了新靶点。

（注：全文严格依据原文数据，未添加任何非文献内容；专业术语如Paf1C、tTAF、PRC1等均按原文格式标注；上下标使用^{/_{规范呈现；去除了所有文献引用标识）}}