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精子发现为基因“不朽”提供线索

在胚胎发育过程中,保护精子细胞不受损害的难以捉摸的过程有了新的发现,使人们了解到遗传信息是如何不间断地代代相传的。

该研究发现了一种名为SPOCD1的蛋白质,它在保护精子的早期前体(即生殖细胞)免受发育中的胚胎损伤方面发挥着关键作用。

在生殖细胞的发育过程中,它们会经历一个重新编程的过程,这使得它们容易受到被称为跳跃基因的流氓基因的攻击,这些基因会破坏它们的DNA,导致不育。

该研究的主要作者、爱丁堡大学的多纳尔·欧卡罗尔教授解释说:“重新编程对胚胎中生殖细胞的正确发育至关重要,但会使胚胎暂时受到自身基因子集的伤害,这些基因被称为跳跃基因,会威胁到基因的混乱。”

避免这样的伤害可以让生殖细胞成为自我更新的细胞池,在成年后产生健康的精子。

生殖细胞是两代人之间的重要纽带,但它们需要独特的策略来保护它们所携带的遗传信息,这样才能成功地从父母传给后代。

这个由爱丁堡大学的研究人员领导的团队,研究了小鼠胚胎中生殖细胞的发育,以了解保护它们不受跳跃基因影响的生物学途径。

这项研究首次揭示了SPOCD1蛋白的作用,它有助于招募保护性化学标签,即DNA甲基化,以禁用跳跃基因。

长期以来,科学家们一直困惑于生殖细胞是如何在重新编程的过程中逃脱伤害的,因为它会暂时抹去原有的保护标签。

“SPOCD1的鉴定最终为进一步的研究打开了大门,这将使人们对这一难以捉摸的过程和男性生育能力有更详尽的了解。”

在雄性老鼠身上进行的试验显示,由于DNA甲基化过程没有正确进行,跳跃基因会破坏发育中的精子的DNA,因此这种蛋白质的缺失会导致不育。

跳跃基因占了我们DNA的一半以上,它们在基因组中移动,控制着基因的使用。但它们的活动需要谨慎监管,以避免它们造成损害。

研究小组发现,当SPOCD1与另一种蛋白质MIWI2结合时,早期精子的秘密防线被激活,MIWI2在沉默跳跃基因中起作用。

先前的研究发现MIWI2蛋白与被称为piRNAs的小分子结合,这些小分子在通过DNA甲基化使跳跃基因失效中发挥关键作用。

O’carroll说:“我们的研究结果首次对精子细胞发育及其遗传完整性的基本过程进行了机械性的洞察。”

这一发现不仅解释了让发育中的精子免于早逝这一谜题中缺失的部分,而且还可以为某些形式的不育症提供见解。

这项研究发表在《自然》杂志上,由Wellcome公司和欧盟的“地平线2020”项目资助。来自剑桥大学、巴黎大学和柏林大学的研究人员也参与了这项研究。

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