Nat Comm：汪正品博士等揭示PRAMEF12在精子发生过程中的作用机制

来源：BioArt

精原干细胞的自我更新及分化对于维持哺乳动物精子发生过程至关重要，然而对于精原干细胞如何自我更新及分化从而确保精子发生的调控过程知之甚少。

2019年11月15日，美国国立卫生研究院汪正品博士，徐肖江博士和 Jurrien Dean博士等在Nature Communications上发表题为“Sertoli cell-only phenotype and scRNA-seq define PRAMEF12as a factor essential for spermatogenesis in mice” 的研究论文，该研究发现PRAMEF12是一种新的调控精原干细胞自我更新及分化的因子，对于早期精原细胞的发育和精子的发生是至关重要的。

已有的研究表明，PLZF，SALL4，FOXO1等转录因子特异表达于未分化及早期分化的精原细胞的细胞核中，它们对于精原细胞的稳态起着至关重要的调控作用。它们在精原细胞中的缺失会导致精原干细胞的更新及分化受阻，从而导致精子发生的失败和雄性不育。PRAMEF12是新发现的一种特异表达于精原细胞的细胞质中的调控因子，对于维持精原干细胞自我更新及分化是所必需的；进一步通过对高通量单细胞转录组测序结果的分析，作者发现精原细胞缺失PRAMEF12严重削弱了精原细胞的干细胞特性，进而阻碍了精子的发生。

为了阐明PRAMEF12在精子发生中的生理作用，研究人员利用CRISPR/Cas9技术得到了Pramef12 KO小鼠。尽管Pramef12 KO小鼠是可以存活的，并且看起来是完全正常的，但是它们是完全不育的。与这种不育表型一致，Pramef12 KO小鼠的睾丸显著小于并且轻于对照组。组织学分析表明，成年Pramef12 KO小鼠睾丸所有生殖细胞已被耗尽，呈现大量空泡结构，并未观察到单倍体精子，只有曲细精管表皮层含有Sertoli细胞。进一步的对未成年小鼠的睾丸进行免疫染色分析，结果表明未成年Pramef12 KO小鼠的睾丸中精原细胞的数量显著减少，精原细胞自我更新及分化的能力显著降低，从而造成精子发生的失败。以上结果表明，PRAMEF12对于小鼠的精子发生必不可少，精原细胞缺失PRAMEF12会导致精原细胞发育受阻，从而造成生殖细胞的耗竭和雄性不育。

PRAMEF12缺失导致精子发生的失败和雄性不育

精原细胞包含多种细胞亚型，精原干细胞，未分化的精原细胞以及分化的精原细胞等，而PRAMEF12广泛表达于各种细胞亚型。为了阐明PRAMEF12是如何影响各个细胞亚型的功能，研究者们利用高通量单细胞转录组测序技术对野生型和Pramef12 KO小鼠的生殖细胞组成，变化及分子生物学机制进行详细研究。单细胞测序结果显示Pramef12 KO组中仅含有少量的分化的精原细胞；缺失PRAMEF12的精原细胞，其干细胞特性以及分化的特性会被严重削弱，结果造成早期精原细胞发育受阻，大量精原细胞聚集于未分化的前体精原细胞群中。

研究者们进一步将已发表的出生后0天，3天，6天的生殖细胞的高通量单细胞转录组测序数据和Pramef12 WT 及KO的数据进行综合比较分析，结果发现Pramef12 KO组中与精原干细胞干性表达相关的基因，如Eomes，Utf1，Gfra1，Pou5f1，Sall4等显著降低，与精原细胞分化表达相关的基因，如Kit，Stra8等也显著降低。综上所述，研究者们在整合一系列发育时间点和Pramef12WT 及KO的高通量单细胞转录组数据进行深入分析和解读后，进一步阐明了PRAMEF12对于精原干细胞的自我更新和分化起着至关重要的调控作用。

PRAMEF12缺失削弱了精原干细胞自我更新及分化的特性

本研究论文的第一作者汪正品博士完成了大部分实验工作；对一系列精原细胞高通量单细胞转录组测序数据的分析和解读工作由徐肖江博士完成。汪正品博士和NIH杰出研究员Jurrien Dean博士为本论文的共同通讯作者。汪正品博士师从中国农业大学生物学院夏国良教授，现在NIH Jurrien Dean博士实验室进行博士后研究，已在Nature Communications， JBC等期刊发表数篇生殖领域相关的高水平论文。 

原文链接:

https://www.nature.com/articles/s41467-019-13193-3