劍橋大學、巴黎大學和柏林大學的研究人員，確定了一種稱為SPOCD1的蛋白質，該蛋白質在保護精子的早期前體（稱為生殖細胞）免受發育中的胚胎的損害中起關鍵作用。對生殖過程提供了新的見解，該過程可以保護髮育中的精子細胞免受正在生長的胚胎的損害，從而揭示了遺傳信息如何不間斷地世代流傳。該最新研究成果論文發表在昨天的《自然》雜誌上。
在發育過程中，生殖細胞經歷了重新編程過程，使它們容易受到稱為跳躍基因的流氓基因的攻擊，這可能會破壞其DNA並導致不育。如圖所示跳躍基因LINE1（紅色）對生殖細胞的DNA（藍色）發起攻擊的機制學分。
該研究主導作者、愛丁堡大學鄧納爾·奧卡羅爾（Dónal O'Carroll）教授解釋說，「重編程對於胚胎中正確的生殖細胞發育至關重要，但是重編程會使它們暫時容易受其稱為跳躍基因的自身基因的子集的威脅，這些基因會威脅遺傳混亂。」
避免這種損害使生殖細胞成為自我更新細胞的池，這些細胞在整個成年後都會產生健康的精子。
生殖細胞是世代之間的重要紐帶，但它們需要獨特的策略來保護它們攜帶的遺傳信息，因此可以成功地將其從父母那裡傳遞給後代。
研究團隊研究了小鼠胚胎中生殖細胞的發育，以了解保護其免受跳躍基因侵襲的生物學途徑。這項研究首次揭示了SPOCD1蛋白的作用，該蛋白有助於募集稱為DNA甲基化的保護性化學標籤，以禁用跳躍基因。
長期以來，科學家一直對生殖細胞在重新編程過程中如何逃脫損傷感到困惑，因為它會暫時抹去其遺傳石板上的現有保護性標籤。
奧卡羅爾教授說，「對SPOCD1的鑑定最終為進一步調查打開了大門，這將使人們對這種難以捉摸的過程和男性生育能力有更詳盡的了解。」
在雄性小鼠中進行的測試表明，這種蛋白質的丟失會導致不育，因為DNA甲基化過程無法正確進行，從而使跳躍的基因破壞了發育中的精子的DNA。
跳躍的基因構成了我們DNA的一半以上，並在基因組中移動，從而控制了基因的使用方式。但是需要對它們的活動進行仔細的調節，以免造成損害。
該團隊發現，當SPOCD1與另一種稱為MIWI2的蛋白質結合時，早期精子的秘密防禦線便被激活，而該蛋白質已經知道在沉默跳躍基因中起作用。
先前的研究表明，MIWI2蛋白與稱為piRNA的小分子結合，在通過DNA甲基化禁用跳躍基因中起關鍵作用。
奧卡羅爾教授表示，「我們的研究結果為精子細胞發育及其遺傳完整性的基本過程提供了初步的機制見解。」精子中SPOCD1蛋白質的確定揭示了遺傳「永生」的線索。這些發現不僅可以解釋過去謎團的缺失部分，使發育中的精子能夠逃脫早期死亡，而且還可以為某些不孕症提供見解。
參考：SPOCD1 is an essential executor of piRNA-directed de novo DNA methylation, Nature. Published: 16 July 2020量子認知 | 簡介科學新知識，敬請熱心來關注。