12月11日，上?？萍即髮W(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院劉如娟課題組在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然-通訊》（Nature Communications）在線(xiàn)發(fā)表了題為“NSUN7 is a catalytically inactive RNA m5C methyltransferase essential for sperm flagellum assembly”的研究論文，報(bào)道了NSUN7是RNA m5C甲基轉(zhuǎn)移酶NSUN家族中唯一一個(gè)不具有RNA m5C催化活性的亞家族成員，并參與調(diào)控精子鞭毛的組裝。
RNA上被鑒定出超過(guò)170種化學(xué)修飾，這些修飾不僅影響其結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性，還廣泛參與蛋白質(zhì)翻譯、營(yíng)養(yǎng)代謝等多種生物學(xué)過(guò)程。其中，5-甲基胞嘧啶（m5C）廣泛存在于tRNA、rRNA和mRNA中，已被證實(shí)與多種疾病發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。NSUN家族是細(xì)胞內(nèi)主要的RNA m5C甲基轉(zhuǎn)移酶，以S-腺苷甲硫氨酸（SAM）為供體催化RNA m5C修飾的形成。課題組前期研究表明，NSUN家族成員NSUN6的基序IV中關(guān)鍵的SAM結(jié)合殘基Asp被Asn取代后，NSUN6對(duì)SAM的結(jié)合能力和酶活性徹底喪失，最終導(dǎo)致常染色體隱性遺傳智力障礙。
NSUN家族中NSUN1-6的催化活性和相應(yīng)的RNA底物已得到證實(shí)和鑒定，但NSUN7的催化活性及其RNA底物仍存在爭(zhēng)議。在人類(lèi)和小鼠中均發(fā)現(xiàn)NSUN7基因缺陷導(dǎo)致精子運(yùn)動(dòng)能力受損和雄性不育，NSUN7相關(guān)的一系列基因突變與男性精子活力顯著下降密切相關(guān)，已被一些國(guó)家用作診斷男性弱精癥及不育的分子標(biāo)志物，凸顯了其在精子發(fā)生和成熟過(guò)程中的關(guān)鍵作用。目前關(guān)于NSUN7是否具有RNA m5C催化活性及其RNA底物的爭(zhēng)議尚未解決，嚴(yán)重阻礙了對(duì)其生理與病理機(jī)制的解析。
本工作發(fā)現(xiàn)NSUN7主要富集在成年小鼠睪丸，尤其富集在睪丸的延長(zhǎng)形精子細(xì)胞中。對(duì)成年小鼠睪丸組織中全轉(zhuǎn)錄組水平的RNA m5C修飾位點(diǎn)和豐度進(jìn)行的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，敲除Nsun7對(duì)細(xì)胞中各類(lèi)RNA m5C的修飾位點(diǎn)和修飾水平均無(wú)顯著影響。NSUN7的基序IV中關(guān)鍵SAM結(jié)合殘基Asp被Leu所取代，導(dǎo)致NSUN7徹底不能結(jié)合甲基供體SAM，表明NSUN7不具有RNA m5C催化活性。
與成年野生型小鼠相比，Nsun7 敲除小鼠的體型和睪丸重量均無(wú)明顯差異。此外，敲除Nsun7并不影響附睪尾部成熟精子的數(shù)目和整體運(yùn)動(dòng)能力，但精子的前向運(yùn)動(dòng)能力顯著受損，并伴隨精子鞭毛軸絲結(jié)構(gòu)缺陷和位于精子鞭毛主段的縱柱定位異常，而這種異常并非由精子線(xiàn)粒體功能障礙所致。睪丸組織單細(xì)胞RNA測(cè)序結(jié)果顯示，敲除Nsun7導(dǎo)致睪丸中延長(zhǎng)形精子細(xì)胞中大量mRNA顯著下調(diào)，尤其是與鞭毛組裝相關(guān)的一系列mRNA下調(diào)最為明顯。睪丸單倍體精子的蛋白質(zhì)組學(xué)分析表明，敲除Nsun7顯著降低了多種細(xì)胞骨架相關(guān)蛋白質(zhì)的豐度。綜上所述，該研究揭示NSUN7是NSUN家族中唯一一個(gè)不具有RNA m5C催化活性的亞家族，并在調(diào)控精子鞭毛組裝中發(fā)揮作用（圖1）。
圖1. NSUN7不具備催化RNA m5C修飾的活力且參與調(diào)控精子鞭毛的組裝
上?？萍即髮W(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院劉如娟課題組助理研究員李靜、2021級(jí)博士研究生朱文煜、2022級(jí)碩士研究生王震為本文共同第一作者，劉如娟教授為本文的通訊作者，上?？萍即髮W(xué)為第一完成單位。中國(guó)科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心劉默芳教授合作此項(xiàng)研究。
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