近日，进化所苏颖和赵龙教授课题组在SCIENCE CHINA Life Sciences杂志发表题为“RpL38 modulates germ cell differentiation by controlling Bam expression in Drosophila testis ”的研究论文，阐明了核糖体大亚基蛋白RpL38调节果蝇精子发生的作用机制。
成熟精子的产生需要经过精原细胞有丝分裂、初级精母细胞减数分裂、精细胞伸长个体化等多个阶段，这一系列过程统称为精子发生。课题组主要以果蝇为模式动物，关注在精子发生过程各阶段中的核糖体组分蛋白的不同功能，包括非传统核糖体的生物学功能。课题组先前已报道了核糖体小亚基蛋白RpS25和RpS3在果蝇精子发生的功能，本研究聚焦于核糖体大亚基蛋白RpL38.
本研究首先解析了RpL38与果蝇精子发生的关系。在果蝇精巢内敲降RpL38的表达，精巢中会聚集大量的精原细胞，这些精原细胞不能完成向精母细胞的转变，说明精原细胞向精母细胞的转变过程，即有丝分裂向减数分裂的转变过程，需要RpL38的参与。进一步，通过免疫荧光染色、表型鉴定与转录组分析发现，敲降RpL38的表达会抑制精原细胞分化因子Bam的表达（其转录本和蛋白表达量均大幅下降）。特别是，bam基因的回补表达能够完全挽救由RpL38缺失造成的精子发生缺陷。RpL38作为核糖体大亚基蛋白，能够参与核糖体组装和蛋白合成过程。而本研究中的这些结果说明，RpL38调控精子发生过程的作用方式并不是依赖通常形式的核糖体翻译来影响细胞内全部蛋白的合成，而是通过特异性影响Bam表达来调控精原细胞向精母细胞的转变过程。
该项工作还通过FACS成功收集了精原细胞，并对其进行4D蛋白质组学测序，首次得到了针对雄果蝇精原细胞群的蛋白组数据。在正常精原细胞与阻滞性精原细胞的蛋白组数据对比中发现，早在精原细胞阶段减数分裂相关蛋白便得到储备，以实现精原细胞向精母细胞的转变，而转变受阻的精原细胞中这些蛋白储备尚未完成。
RpL38调控精子发生示意图
这项研究发现了RpL38通过特异性调节Bam表达来调控精原细胞向精母细胞的转变过程，同时采用了4D蛋白质组学刻画了果蝇精原细胞群体的蛋白质组特征，揭示了精原细胞向精母细胞转变过程中对减数分裂相关蛋白的需求。本研究深化了人们对果蝇精原细胞到精母细胞的转变过程的理解，为进一步精子发生与遗传发育研究提供参考依据。
中国海洋大学博士毕业生方洋和博士研究生张峰超为该论文共同第一作者，苏颖教授和赵龙教授为共同通讯作者。相关工作得到崂山实验室科技创新项目、国家自然科学基金委、中央高校基本科研业务费专项基金等资助。
Yang Fang, Fengchao Zhang, Fangzhen Zhao, Jiajia Wang, Xinkai Cheng, Fei Ye, Jiayu He, Long Zhao, Ying Su. (2024). RpL38 modulates germ cell differentiation by controlling Bam expression in Drosophila testis. Science China Life Sciences.
