在精子发生的后期阶段,尤其是圆形精子细胞(RS)向长形精子细胞(ES)转变过程中,转录活动逐渐沉默。然而,核浓缩、胞质去除、线粒体鞘重塑以及精子释放等一系列关键成熟事件仍然高度依赖持续的蛋白质合成。因此,这一阶段的核心问题不再是“转录多少”,而是储存mRNA如何被精准、按时地激活翻译?
2026年6月,南京医科大学生殖医学与子代健康全国重点实验室刘明兮、张金涛团队、上海交通大学贺小进团队与安徽医科大学曹云霞、花荣团队在Science Bulletin发表了题为“A germline-specific vesicular structure licenses mRNA activation during spermiogenesis and is hijacked in gastric cancer”的研究论文。鉴定出一条由MEX3D-HIP1构成的囊泡通路及其相关结构,以刘明兮的名字缩写命名这种特殊囊泡——MXL囊泡,系统揭示了晚期精子发生过程中储存mRNA被时序性激活翻译的关键分子机制。

研究首先描绘了RS和ES细胞的翻译全景。结果发现,尽管整体转录受限,但仍有一批与精子变形和成熟密切相关的mRNA在RS向ES转变阶段翻译效率(TE)显著升高。研究团队进一步筛选这些mRNA结合的 RNA结合蛋白(RBPs),最终锁定在 RS-ES 转换过程中动态变化显著的核心因子——MEX3D。功能研究显示,MEX3D的关键作用阶段定位于ES时期,在胞质中呈现弥散型与颗粒型两种分布模式。在Mex3d敲除模型中,晚期精子发生出现多重异常。研究发现:MEX3D可对翻译抑制性RBPs进行泛素化修饰;被标记的抑制性RBP被招募进入特定囊泡通路;抑制性mRNP复合体被选择性清除;储存mRNA得以解除翻译抑制并重新激活。进一步研究鉴定出囊泡相关蛋白HIP1作为关键协同因子。Hip1缺失模型的表型与Mex3d缺失高度相似,研究团队提出了一个基于MXLV囊泡的翻译激活模型:① MEX3D首先对抑制性RBP/mRNP进行泛素化标记;② HIP1识别相关信号并促进其进入囊泡-溶酶体路径;③ mRNP结构重塑,储存的mRNA获得翻译许可。
本研究系统阐明了MEX3D-HIP1(MX-H)通路及其相关囊泡结构MXLV在晚期精子发生中的核心作用,揭示了一种通过选择性清除抑制性mRNP复合体来解除翻译抑制、促进储存mRNA时序性激活的分子机制。构建了连接“转录后翻译调控”与“精子终末成熟表型(胞质去除、线粒体鞘成熟及精子释放)”的机制框架。
该研究由南京医科大学生殖医学与子代健康全国重点实验室刘明兮团队、上海交通大学贺小进团队、安徽医科大学曹云霞/花荣团队及合作者共同完成,刘明兮教授、王泽睿、李亦诺、谢青松和肖壮为共同第一作者,贺小进教授、花荣副研究员、张金涛博士后、曹云霞教授和刘明兮教授为共同通讯作者。刘镜词为本论文创作了富有童真的封面。

原文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927326002136?via%3Dihub