《自然-通讯》(Nature Communications)在线发表了中国科学院分子细胞科学卓越创新中心吴立刚研究组与南京医科大学李建民研究组合作完成的最新研究成果(The non-redundant functions of PIWI family proteins in gametogenesis in golden hamsters)。该研究以金黄地鼠(Mesocricetus auratus,golden hamster)为动物模型,全面揭示了PIWI家族成员及其结合的piRNA在配子发生和早期胚胎发生中非冗余的调控功能,为研究哺乳动物piRNA功能奠定了重要基础。
针对上述科学问题,科研人员分别制备和获得了四种PIWI蛋白的特异性抗体,结合超分辨共聚焦显微技术,全面分析了四种PIWI亚家族蛋白在金黄地鼠精子发生、卵子发生和早期胚胎发育中的时空表达特征,并结合高通量测序技术细致地描绘了不同发育时期中PIWI蛋白所结合的piRNA表达谱。进一步,研究利用CRISPR技术分别构建了四种PIWI缺失的金黄地鼠突变系,探讨了不同PIWI蛋白突变所引发的生殖缺陷表型。结果表明,PIWIL1同时在雌性和雄性生殖细胞及早期胚胎中高表达,主要结合29-30 nt piRNA,突变后导致雌雄均不可育:突变的生精细胞在进入双线期前发生大量死亡,部分可进入双线期的生精细胞随后发育停滞,而突变的卵母细胞可正常发育,但受精后胚胎发育停滞于2细胞时期。PIWIL2和PIWIL4主要在生精细胞中表达,但两者表达存在明显的时期特异性,且分别结合27 nt或28 nt piRNA。PIWIL2或PIWIL4突变后生精过程严重受阻,大量精原细胞凋亡,造成雄性不育。PIWIL3高表达于卵母细胞和早期胚胎中,结合19 nt的os-piRNA,突变后卵母细胞发育正常,但受精后的胚胎发育迟缓,且大部分在发育过程中停滞或凋亡,最终导致生育能力显著下降。