2024年7月19日，华中科技大学同济医学院生殖健康研究所袁水桥教授/王凤丽副教授团队联合北京大学深圳医院桂耀庭研究员团队在Genome Biology杂志上在线发表了题为“N6-methyladenosine writer METTL16-mediated alternative splicing and translation control are essential for murine spermatogenesis”的研究新成果。该研究发现RNA m6A甲基转移酶样蛋白16（METTL16）在小鼠生精细胞中高度表达，证实了METTL16是调控精原细胞分化和减数分裂起始的关键因子，其缺失导致生精细胞严重丢失进而引起雄性不育，揭示了METTL16介导的mRNA选择性剪接及翻译调控在精子发生中的新机制。

团队首先通过构建Mettl16-EGFP标签小鼠，发现METTL16蛋白主要定位于PLZF阳性的未分化型精原细胞、c-KIT阳性的分化型精原细胞、早期精母细胞以及支持细胞，提示了METTL16在精原细胞分化过程中存在潜在作用。利用Stra8-GFP-Cre（自A1型精原细胞开始表达）小鼠，研究人员构建了生殖细胞Mettl16基因条件性敲除小鼠模型（Mettl16 cKO）。组织形态学分析发现，成年Mettl16 cKO雄性小鼠睾丸中缺乏减数分裂期精母细胞、圆形精子细胞以及成熟精子；进一步免疫荧光实验结果显示Mettl16 cKO小鼠精原细胞分化异常、前细线期精母细胞减少、减数分裂启动缺陷，最终引起雄性小鼠不育。

在分子机制方面，团队首先采用转录组测序在METTL16 缺失小鼠睾丸中鉴定出1096个异常表达基因，功能富集结果显示这些基因主要参与减数分裂以及精子发生；此外，团队利用IP-MS/Co-IP实验，证实了在小鼠睾丸中METTL16可与mRNA剪接因子SF3B1和SF3B3互作，并结合RIP-seq分析发现METTL16可直接结合减数分裂相关基因（比如Stag3）以调控其可变剪，并率先发现了METTL16可与减数分裂关键蛋白MEIOB/YTHDC2/RBM46形成复合物。团队进一步通过核糖体测序（Ribo-seq）分析发现，生殖细胞中Mettl16敲除可引起与细胞核分裂、减数分裂细胞周期等相关基因的翻译紊乱，提示METTL16也可在翻译水平调控精子发生相关蛋白的丰度。此外，研究团队通过m6A-seq进一步发现Mettl16敲除小鼠生殖细胞中数百转录本m6A甲基化修饰水平出现异常，表明METTL16可通过其m6A甲基转移酶功能调控生精细胞发育。为证实这一现象，团队往成年Mettl16 cKO小鼠输出小管中注射野生型以及m6A酶活性突变（PP185-186AA）的METTL16过表达腺相关病毒，并对表型进行观察分析，结果证明METTL16的甲基转移酶活性位点是小鼠正常精子发生所必需的。

总的来说，本研究揭示了RNA m6A甲基化转移酶METTL16调控精子发生与雄性不育新的分子模型，发现了METTL16介导的选择性剪接和翻译效率调控在参与小鼠生殖细胞有丝分裂到减数分裂转变过程中的新分子网络（图1），对理解由减数分裂异常导致的男性生育障碍具有重要意义。

图1. METTL16介导的选择性剪接和翻译效率调控生殖发育的模式图。

北京大学深圳医院马倩、华中科技大学同济医学院生殖健康研究所2023级博士研究生桂以倩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、华中科技大学同济医学院生殖健康研究所王凤丽副教授以及北京大学深圳医院桂耀庭研究员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。（文/桂以倩）

原文链接：https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-024-03332-5