新生小鼠精原干细胞特异性表面标志蛋白USSP1的鉴定

来源：中国科学杂志社

近日，中山大学生命科学学院黄军就教授与松阳洲教授课题组鉴定出了一个新生小鼠的精原干细胞特异性表面标志蛋白USSP1。通过该蛋白的抗体，可以成功地分离、富集和鉴定小鼠精原干细胞。中山大学生命科学学院博士研究生林卓桁和副教授梁普平为该论文的共同第一作者。

精原干细胞是维持雄性动物一生源源不断产生精子的基础，在人类生殖细胞的保存以及动物育种保种等领域展示出极大的应用价值。然而，这类细胞极其稀有且缺乏表面标志蛋白，使得精原干细胞的分选、富集和鉴定存在困难。目前，经典的分选实验常常借助已知的抗原THY1[1]或ITGA6和ITGB1的组合[2]，以及另外一个标志性表面蛋白GFRα1均不能非常纯地富集精原干细胞[3-4]。

在2015年，黄军就教授与松阳洲教授课题组便通过RNA测序等方法，鉴定出一系列参与精原干细胞自我更新和分化的相关基因[5]。在后续的研究中，该团队发现一个长非编码RNA基因4933427D06 (RIKEN cDNA 4933427D06, Gene ID: 232217)，分析发现其具有典型的开放阅读框(Open Reading Frame, ORF)和跨膜区。通过质谱鉴定，发现其表达特异性肽段。研究人员利用免疫荧光实验检测发现USSP1+细胞群主要包括 As、Apr和 Aal精原细胞，几乎与PLZF+细胞群完全重叠 (图1)。在体外，纯化的 USSP1+细胞群展示出精原干细胞体外生长特性并表达精原干细胞的标记蛋白。研究人员进一步利用CRISPR/Cas9技术，迅速地制备了该基因的敲除小鼠模型，但USSP1敲除不影响小鼠的睾丸发育和精子的生成。最后，课题组通过生殖细胞曲细精管移植实验证明USSP1+细胞可以重构雄性生殖系统(图2)。文章根据该基因的功能将其命名为Ussp1 (Undifferentiated Spermatogonia-specific Surface Protein 1)。

图1 免疫荧光染色显示USSP1(绿色)与GFRα1(红色，左)和PLZF(红色，右)的在9天小鼠曲细精管中的共定位

图2 移植受体睾丸中供体来源的精子发生（未分选、USSP1+细胞与 THY1+细胞）

精原干细胞特异性表面标志蛋白USSP1的工作为后续精原干细胞的分离、富集和鉴定提供了新的标记物。该研究工作获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金委等项目的资助。

参考文献

[1] Kubota, H., Avarbock, M. R., & Brinster, R. L. (2004). Culture conditions and single growth factors affect fate determination of mouse spermatogonial stem cells. Biology of reproduction, 71(3), 722-731.

[2] Shinohara, T., Avarbock, M. R., & Brinster, R. L. (1999). β1-and α6-integrin are surface markers on mouse spermatogonial stem cells. Proc Natl Acad Sci USA, 96, 5504-9.

[3] Buageaw, A., Sukhwani, M., Ben-Yehudah, A., Ehmcke, J., Rawe, V. Y., Pholpramool, C., ... & Schlatt, S. (2005). GDNF family receptor alpha1 phenotype of spermatogonial stem cells in immature mouse testes. Biology of reproduction, 73:1011-6.

[4] Ebata, K. T., Zhang, X., & Nagano, M. C. (2005). Expression patterns of cell‐surface molecules on male germ line stem cells during postnatal mouse development. Molecular reproduction and development, 72, 171-81.

[5] Huang Y, Xiong Y, Lin Z et al. Specific Tandem 3'UTR Patterns and Gene Expression Profiles in Mouse Thy1+ Germline Stem Cells. PLoS One, 10:e0145417.

[6]Lin Z, Liang P, Yao Z, et al. A novel undifferentiated spermatogonia-specific surface protein 1 (USSP1) in neonatal mice[J]. Science Bulletin, 2019. https://doi.org/10.1016/j.scib.2019.03.022