3月17日，生殖健康研究所袁水桥教授课题组在细胞生物学领域Top期刊Journal of Cell Biology杂志上发表了题为“ADAD2 interacts with RNF17 in P-bodies to repress the Ping-pong cycle in pachytene piRNA biogenesis”的研究论文。该论文首次发现睾丸特异性表达蛋白ADAD2和RNF17均可定位在小鼠精母细胞P-body中，并揭示了ADAD2通过与RNF17互作抑制“乒-乓循环”参与调控粗线期piRNA生成，从而维持生精细胞的正常发育及功能。

piRNA是一类与PIWI蛋白结合的非编码小RNA，长度为24-32个核苷酸分子在生精细胞的发育过程中发挥重要的调控作用。piRNA的表达在生精细胞发育过程中呈现动态变化，可以分为前粗线期piRNA（pre-pachytene piRNA）和粗线期piRNA（pachytene piRNA），它们的生成方式存在明显的差异。前粗线期piRNA除了来自于基因组特定的piRNA转录位点转录加工外，还依赖于一种独特的次级生成机制——“乒-乓循环（Ping-pong cycle）” 机制。这种独特的放大机制通过识别碱基互补的转座元件RNA链可以不断地消耗活跃的转座子（Transposal elements, TEs）转录本，在转座子沉默中发挥极为重要的作用。有趣的是，piRNA生成的“乒-乓循环”机制在粗线期piRNA产生中则需要被“冻结/抑制”，但其具体的抑制调控机理仍是未知。2015年，有研究组报道RNF17可能在粗线期piRNA生成过程中参与“乒-乓循环”抑制调控，但是并未明确RNF17在生精细胞中的具体定位以及参与调控粗线期piRNA生成的机理。

在本研究中，课题组首先检测了ADAD2和RNF17在出生后小鼠生精细胞中的亚细胞定位，确定了其主要定位于粗线期精母细胞胞浆的P-body中，这一结构也是前粗线期piRNA生成过程中与生殖细胞颗粒（germ granules）互动，完成“乒-乓循环”机制的核心场所。接着，课题组利用免疫共沉淀-质谱串联（IP-MS）技术发现ADAD2是RNF17的关键互作蛋白，体外实验进一步表明RNF17的P-body定位依赖ADAD2的存在。随后通过分析Adad2和Rnf17基因敲除小鼠的表型，发现两者敲除小鼠存在高度一致的雄性不育表型，结合RNA-seq高通量测序技术，发现受到Adad2或Rnf17敲除影响的转录本也高度关联。而对粗线期精母细胞和圆形精子细胞的小RNA测序结果则直接证明了ADAD2缺失导致“乒-乓循环”机制在粗线期piRNA生成中异常激活（图1）。值得一提的是，精母细胞中P-body的完整性也受到ADAD2以及RNF17缺失的影响。

总之，本研究首次揭示了P-body中ADAD2和RNF17共同参与粗线期piRNA生成，并创新性的提出ADAD2作为RNF17的关键互作蛋白，抑制“乒-乓循环”以维持粗线期piRNA生成的准确性并确保精子发生正常进行。

图1: ADAD2与RNF17互作参与抑制“乒-乓循环”调控粗线期piRNA生成和精子发生

华中科技大学同济医学院生殖健康研究所为本研究论文的第一完成单位，袁水桥教授为唯一通讯作者。生殖健康研究所2018级博士熊孟能（现就职于武汉大学人民医院）、2021级硕士生尹丽莎、2020级硕士生桂以倩和2018级硕士吕春雨（现博士就读于北京大学）为该论文的共同第一作者，该研究得到了国家自然科学基金面上项目的资助。该研究成果是袁水桥教授课题组在精子发生与男性不育调控领域取得的又一项创新成果。

文章链接：https://doi.org/10.1083/jcb.202206067