减数分裂是产生单倍体生殖细胞的保守细胞分裂过程，是维持精子发生和遗传稳定的关键过程。减数分裂前期I期历时相对较长且程序复杂，根据染色体形态可细分为四种时期：细线期、偶线期、粗线期和双线期；其包含大量染色体行为，如DNA双链断裂（DSB）产生、同源重组、同源染色体联会和解联会、性染色体失活等，且基因表达模式呈高度有序的动态变化。减数分裂异常可致哺乳动物不育、非整倍体出生缺陷和妊娠失败。然而，减数分裂进程的调控分子机制仍不十分清楚。

2024年11月28日，华中科技大学同济医学院生殖健康研究所袁水桥教授/王凤丽副教授团队在Advanced Science杂志在线发表了题为“METTL16 is required for meiotic sex chromosome inactivation and DSB formation and recombination during male meiosis”的研究新成果。该研究发现RNA m⁶A甲基转移酶样蛋白16（METTL16）是调控雄性小鼠精母细胞发育进程的关键因子，其缺失导致减数分裂多个事件受阻，揭示了METTL16介导的m⁶A修饰及翻译效率在减数分裂调控中的新机制。

合作团队首先通过分选各级生精细胞进行核质分离确定METTL16在精母细胞中高表达，尤其富集在细胞质中，提示其在精母细胞中存在潜在作用。研究人员利用Ddx4^ERT2-Cre构建了他莫昔芬诱导的生殖细胞特异的Mettl16基因敲除小鼠模型。进一步的组织学染色及精母细胞染色体铺片发现，条件性敲除小鼠表现出减数分裂过程中DSB形成及修复、联会及性染色体沉默（MSCI）事件的异常。

在分子机制方面，团队首先分选了粗线期精母细胞进行转录组测序，发现性染色体连锁基因的转录活性显著上升；联合IP-MS/Co-IP及染色体铺片实验（标记DNA损伤应答因子及表观修饰标记物），证实了METTL16与MDC1/SCML2互作调控粗线期精母细胞中MSCI的建立与维持。接着，通过比对粗线期精母细胞转录组和m⁶A测序数据，发现转录组的变化与m⁶A修饰水无显著相关。对于早期精母细胞（细线期及偶线期），团队利用RIP-seq、MeRIP-seq及MeRIP-qPCR等组学技术，发现METTL16参与调控Ubr2转录本（与早期减数分裂DSB形成及同源重组密切相关）的m⁶A修饰水平与表达丰度；构建Mettl16 KO细胞系及荧光素酶实验，进一步证实了METTL16所介导的m⁶A修饰在转录后水平调控UBR2基因表达。鉴于IP-MS/Co-IP及体外实验均显示METTL16可能参与调控mRNA翻译，团队进一步分选了早期精母细胞进行核糖体测序（Ribo-seq），发现Mettl16敲除导致与DSB形成及同源重组相关的蛋白翻译效率显著下调（图1）。

本研究揭示了m⁶A甲基化转移酶METTL16在雄性减数分裂中的新的调控分子模型，发现了METTL16是一个调控性染色体失活、DSB形成和修复的多功能调控因子，对深入理解由减数分裂异常导致的男性生育障碍具有重要的理论指导意义。此外，袁水桥教授团队曾于2024年7月19日在Genome Biology上发表论文，报道了METTL16通过mRNA可变剪接及翻译调节途径参与雄性生殖细胞有丝分裂至减数分裂转变的调控过程（Genome Biol，2024）。本研究是前期研究的拓展与延伸，两项研究成果系统的解析了m⁶A甲基化转移酶METTL16在精子发生中的生理功能与调节机制，为临床上理解由遗传及表观遗传异常导致的精子发生障碍的致病机理提供了新的视角。

图1. METTL16调控雄性生殖细胞减数分裂的分子模型。

华中科技大学同济医学院生殖健康研究所2024级博士研究生尹丽莎、2022级硕士研究生江楠，华中科技大学实验动物中心熊文静为该论文的共同第一作者。华中科技大学同济医学院生殖健康研究所袁水桥教授、王凤丽副教授，湖北科技学院药学院张又枝教授为该论文的通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金项目、华中科技大学基础研究计划的经费支持。

原文链接：http://doi.org/10.1002/advs.202406332