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剪接因子SRSF1在小鼠前体精原干细胞归巢中的关键作用

期刊:elifeDOI:10.7554/elife.89316

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研究团队与发表信息
本研究由Longjie Sun(第一作者)、Zheng LvXuexue Chen等来自中国农业大学动物生物技术国家重点实验室的团队主导,合作单位包括中国科学院生物物理研究所和扬州大学。研究成果于2023年1月25日发表在期刊eLife(DOI: 10.7554/eLife.89316),标题为《Splicing factor SRSF1 is essential for homing of precursor spermatogonial stem cells in mice》。


学术背景
科学领域:本研究属于发育生物学与细胞生物学交叉领域,聚焦于精子发生(spermatogenesis)的转录后调控机制。
研究动机:精原干细胞(Spermatogonial Stem Cells, SSCs)的定向迁移(homing)是精子发生的关键步骤,但其分子机制尚不明确。此前研究发现,睾丸中富含可变剪接(Alternative Splicing, AS)事件,但AS如何调控SSCs的迁移和存活仍是未解之谜。
研究目标:探究剪接因子SRSF1(Serine/arginine-rich splicing factor 1)在小鼠前体SSCs迁移中的作用,揭示其通过AS调控生殖细胞存活的分子机制。


研究流程与实验方法
1. SRSF1的表达与定位分析
- 样本:不同发育阶段(胚胎期至成年)的小鼠睾丸组织。
- 实验
- 免疫荧光染色:共定位SRSF1与生殖细胞标志物(如PLZF、γH2AX),发现SRSF1在精原细胞核内高表达。
- Western blot和RT-qPCR:证实SRSF1表达量随发育阶段动态变化。
- 技术亮点:首次通过全睾丸免疫荧光成像(whole-mount staining)观察SRSF1在迁移中的空间分布。

  1. SRSF1功能缺失模型的构建与表型分析

    • 基因工程:通过Vasa-CreSRSF1fl/fl小鼠杂交,获得生殖细胞特异性敲除(conditional knockout, cKO)小鼠。
    • 表型验证
      • 组织学分析:cKO小鼠睾丸萎缩,仅存支持细胞(Sertoli cell-only syndrome, SCOS),附睾无精子。
      • 细胞凋亡检测:TUNEL实验显示cKO小鼠精原细胞凋亡显著增加。
    • 关键数据:cKO小鼠的精原细胞相关基因(如GFRA1、POU5F1、PLZF)表达量下降50%以上。
  2. 多组学联合分析

    • CLIP-seq:鉴定SRSF1结合的RNA靶点,发现其与精原细胞相关基因(如TIAL1/TIAR、BCAS2)直接结合。
    • RNA-seq
      • 5日龄cKO小鼠睾丸中,715个基因下调,258个基因上调;AS事件分析显示162个异常剪接事件(以外显子跳跃为主)。
      • 关键发现:SRSF1通过调控TIAL1/TIAR的可变剪接(抑制外显子跳跃)影响其异构体X2的表达,而mRNA总量不变。
    • 技术创新:首次将CLIP-seq与发育阶段特异性RNA-seq数据整合,锁定功能相关的AS事件。
  3. 蛋白质互作网络解析

    • IP-MS:鉴定出SRSF1互作蛋白(如SART1、RBM15、SRSF10),均与剪接体组装相关。
    • 分子对接:通过HDock预测SRSF1的RRM1结构域与互作蛋白的结合模式。
    • 验证实验:Co-IP和荧光共定位证实SRSF1与SART1/RBM15/SRSF10形成复合物。

主要结果与逻辑链条
1. 表型层面:SRSF1缺失导致精原细胞无法迁移至基底膜,引发SCOS和不育(图3-4)。
2. 分子机制
- SRSF1直接结合TIAL1/TIAR pre-mRNA(RIP-qPCR验证),调控其剪接(图8)。
- 异常剪接导致TIAL1/TIAR功能异构体X2表达下降,触发精原细胞凋亡(图8j)。
3. 通路整合:SRSF1通过招募剪接相关蛋白(如SART1)形成调控复合物,影响下游基因的AS(图9)。


研究结论与价值
1. 科学意义
- 首次阐明SRSF1通过AS调控前体SSCs迁移的机制,填补了转录后调控在生殖细胞发育领域的空白。
- 提出“剪接因子-靶基因-细胞存活”轴(SRSF1-TIAL1/TIAR-凋亡)是精子发生的关键调控网络。
2. 应用价值:为男性非梗阻性无精症(NOA)的临床诊断提供潜在分子靶点(如TIAL1/TIAR异构体)。


研究亮点
1. 方法创新:结合时空特异性基因敲除、多组学分析和全睾丸成像,系统解析SRSF1的功能。
2. 发现新颖性
- 揭示SRSF1在生殖细胞迁移中的独特作用,区别于其他剪接因子(如SRSF10)。
- 发现TIAL1/TIAR的剪接调控是精原细胞存活的关键开关。
3. 技术通用性:建立的CLIP-seq与发育转录组联合分析策略可推广至其他器官研究。


其他价值
- 研究数据已公开(GEO: GSE227575),为后续生殖生物学研究提供资源。
- 作者提出SRSF1可能通过类似机制参与其他干细胞niche的建立,值得进一步探索。


(报告总字数:约1800字)

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