探索生命奥秘，生殖生物学与蛋白质组学的莫逆之交【景杰精选】第01期

图1. 组蛋白巴豆酰化修饰受到CDYL的调节并在精子发生过程中起到重要作用

Cell Reports：酰化修饰组学揭示精子发生过程中总组蛋白高乙酰化的分子机制

在哺乳动物精子发生过程的晚期会发生一个独特的生理性的全基因组范围的组蛋白高乙酰化，并与随后发生的组蛋白-鱼精蛋白取代过程相关。组蛋白修饰的异常改变可能会损伤精子的发育过程，导致雄性不育。2018年，Cell Reports 报道了Shiota 等研究者运用酰化修饰组学技术，揭示了精子发生过程中雄性基因组最终致密化之前总组蛋白高乙酰化的分子机制。

 

研究发现致癌因子Nut特异性表达于减数分裂后的雄性生殖细胞中，对雄性的生育能力至关重要。Nut通过募集p300和CBP蛋白驱动细胞类型特异性的组蛋白H4K5和H4K8的乙酰化，介导了组蛋白到精蛋白的替换。研究结果强调了特殊的辅助因子可以在特定环境中增强泛表达的染色质修饰酶的活性，引起组织和细胞特异性的大范围染色质修饰，而类似因子的异位激活则可导致NMC中线癌等癌症的发生。

精子发生过程中雄性基因组最终致密化之前总组蛋白高乙酰化机制

Nat Commun：四川大学团队蛋白组学研究揭示精子鞭毛发育的潜在机制

精子缺陷是男性不育的直接原因，包括精子数量减少、能动性降低和形态异常。研究表明超过80 %的男性不育是由精子能动性受损引起的，而精子形态对精子移动起了至关重要的作用。精子鞭毛的多发形态异常（MMAF）包括卷曲、弯曲、不规则、短或/和缺失，以及超微结构缺陷。这些因素能导致精子形态异常和活力降低。

2019年1月25日，四川大学华西附二院研究团队在国际知名期刊Nature Communications上在线发表文章，揭示QRICH2是精子鞭毛形成过程中的重要调控分子，能够调节与鞭毛附属结构相关的基因的表达，QRICH2的功能缺失突变能造成MMAF并引起男性不育。

研究者在2个近亲结婚家系中，发现2名精子鞭毛多发形态异常（MMAF）的不育患者，经过全外显子组测序和分析，发现两名患者均存在QRICH2基因的纯合无义突变。随后研究者利用基因敲除技术，构建了Qrich2基因的KO小鼠，发现Qrich2 KO小鼠表现出MMAF表型， 证明QRICH2为MMAF新的致病基因。同时通过TMT定量蛋白质组学方法并结合功能实验，证实QRICH2能够稳定并上调与精子鞭毛结构发育相关的蛋白，揭示其在精子鞭毛形成过程中的重要作用。QRICH2有害突变的筛选对于男性不育的临床分子诊断具有重要意义。

ORICH2在精子鞭毛发育过程中的调控机制

生殖及相关疾病

Nature：卵巢癌及附近基质的大队列蛋白质组学分析

卵巢癌（Ovarian Cancer）恶性程度高、预后差，其发病率仅次于宫颈癌和子宫内膜癌，居于女性生殖系统恶性肿瘤第三位。近年来已有部分高质量的文章从蛋白质组学角度，对大队列卵巢癌患者进行蛋白水平或修饰水平进行整体研究，就其预后差，耐药性强等特点找到一些端倪。如：2016年在Cell主刊上报道的大规模卵巢癌蛋白基因组学与磷酸化修饰组学研究，发现卵巢癌在蛋白或磷酸化水平的分型规律，且蛋白磷酸化水平与病人预后生存期有显著相关性；2018年Cell主刊报道了马克思普朗克生物化学研究所研究者对晚期高级别浆液性卵巢癌（HGSC）肿瘤样本的蛋白质组学研究，发现了CT45的表达与卵巢癌患者化学耐药性存在明显相关。

随着对卵巢瘤研究的日益加深，研究者逐渐将卵巢癌转移成因的研究目光转移到卵巢癌以及其附近基质微环境的关系上来。2019年5月，来自芝加哥大学的Ernst Lengyel研究组与德国马普所Matthias Mann组等合作在Nature主刊报道了关于卵巢癌以及卵巢癌附近基质的大队列蛋白质组学研究工作。

研究者利用显微切割技术配合微量蛋白质组学的方法，对来自11名HGSC患者的组织样本进行显微切割后获得的107个微量样品（包括浆液性输卵管原位肿瘤，侵袭性输卵管病变，浸润性卵巢病变和网膜转移四种肿瘤或基质样品）(样本策略)进行Label-free蛋白质组学分析(质谱策略)，实现了研究者对肿瘤迁移中肿瘤基质关键调控机制的筛选与发掘。随后研究者进一步利用蛋白质组学的大数据，结合已有的或预期的肿瘤调控猜想，成功发现了NNMT作为基质细胞对肿瘤转移的关键调控靶点。

图1 卵巢癌的蛋白质组学研究策略

MCP：蛋白组学揭示TIGAR蛋白在肥胖影响生殖的关键作用

肥胖对女性怀孕和生育有非常重要的影响，不仅会增加不育的风险，也与流产、后代先天性异常的风险增加有关。另外，肥胖还会损害受孕辅助技术的怀孕率。因此，对肥胖的认知显得格外重要。2018年5月，南京医科大学生殖医学国家重点实验室王强教授课题组在蛋白质组学专业学术期刊Molecular & Cellular Proteomics上发表研究结果，揭示了TIGAR蛋白在肥胖影响生殖的关键作用。

研究者通过基于质谱的蛋白质组学定量分析肥胖小鼠与正常小鼠卵母细胞中的蛋白组差异，发现肥胖小鼠成熟卵母细胞中TIGAR蛋白的显著减少，使用体外敲低和过表达测定进一步研究了TIGAR在小鼠卵母细胞成熟过程中的作用。值得注意的是，在高脂饮食小鼠中强制表达TIGAR，不仅可以降低ROS水平，保护肥胖小鼠的卵母细胞免受氧化应激，还能部分防止纺锤体解体和染色体错位，减数分裂缺陷。研究揭示了TIGAR蛋白对抗肥胖的重要意义：高表达TIGAR可以保护肥胖小鼠的卵母细胞免受氧化应激和减数分裂缺陷，减少肥胖的负面影响。

对照组和高脂饮食小鼠卵母细胞蛋白组学分析

Cell Reports：衣原体诱导发生上皮间质转化，打开宿主免疫“防火墙”

沙眼衣原体（Chlamydia trachomatis，Ctr）是一系列传染病的病原体，与子宫颈癌和卵巢癌直接或间接相关，它可以作为人乳头瘤病毒HPV感染的辅助因子，与宿主之间具有非常复杂的相互作用关系。2019年1月，来自德国马克斯普朗克感染生物学研究所的研究人员在国际专业学术期刊Cell Reports杂志上发文，运用磷酸化修饰组学和转录组学揭示Ctr如何诱导宿主细胞发生上皮间质转化，从而打开免疫“防火墙”的分子机制。