根据最新的研究,团队采用染色质相关蛋白纯化结合高分辨率质谱分析的方法,成功筛选并鉴定出HSF5作为生精细胞特异性染色质相关蛋白。通过荧光共定位实验,进一步确定了HSF5在生精细胞中的特定核定位模式,其表达始于粗线期精母细胞的早期和中期,并在大约圆形精子第4步时消失。这一发现暗示HSF5可能在减数分裂过程中扮演重要角色。
研究团队利用CRISPR-Cas9基因编辑技术构建了Hsf5基因敲除(Hsf5KO)小鼠模型。结果表明,Hsf5KO成年小鼠出现雄性不育现象,伴随的睾丸组织形态学分析发现,Hsf5KO小鼠的附睾精子缺乏,睾丸管腔内的圆形精子和长形精子也显著缺失,同时观察到大量生精细胞凋亡。进一步的染色体铺展实验显示,这些小鼠的精子发生在中晚期pachynema阶段停滞,而在这些停滞的精母细胞中,DNA双链断裂(DSB)修复、联会重组和减数分裂性染色体沉默(MSCI)等生物事件并未表现出明显异常。
这些结果表明,HSF5可能参与调控粗线期进程后期的生物事件,而非粗线期早期的DSB修复及相关过程。为深入探讨HSF5在粗线期中晚期的作用,研究团队采用单细胞测序(scRNA-seq)和Cleavage Under Target & Tagmentation(CUT&Tag)测序,通过多组学联合分析得出重要结论。单细胞测序结果显示,Hsf5KO小鼠的精母细胞停滞在“pachytene-like(P-like)”状态,其转录谱相较于野生型小鼠的粗线期精母细胞出现显著异常,包括Wee1、Dmc1和Msh5等粗线期细胞检查点基因的异常高表达,这可能最终导致精母细胞凋亡。
结合CUT&Tag数据,发现受HSF5直接调控的基因(如Sycp1、Meiob、Msh4等)同样表现出异常高表达。此外,通过RNA转录动力学分析发现,野生型小鼠粗线期精母细胞在早期到晚期的过程中,这些基因的转录水平逐渐下降,而在Hsf5KO小鼠中,这些基因仍保持高水准表达,未出现逐渐降低的趋势。这表明HSF5可能通过与SMARCA5、SMARCA4及SMARCE1等染色质重构复合体蛋白的相互作用,调控Sycp1、Meiob、Msh4等基因的表达,以确保pachynema进程顺利完成,从而为减数分裂解联会阶段做好准备。
总的来看,这项研究揭示了HSF5在调控精母细胞减数分裂pachynema进程中的新型分子模型。在减数分裂过程中,HSF5与染色质重构蛋白相互作用,抑制部分基因(如sycp1、Meiob、Msh4和Hat1)的表达;而在pachynema进程的后期,HSF5则直接或间接促进Hspa2、Ccnb1、Plk1等基因的表达。通过尊龙凯时所提供的基因调控路径,确保精母细胞减数分裂pachynema进程的顺利完成并为下一步的解联会做足准备。