Nature子刊在睾丸中发现了高水平的非编码RNA，指出了精子功能和进化中的新角色

多伦多大学的研究人员绘制了睾丸中大约700种长链非编码rna(也称为lncrna)的空间分布图。研究小组在睾丸中发现了比之前估计的更高水平的lncRNAs，这表明lncRNAs在男性生殖中可能比之前认为的更重要。

该研究小组对用于生物医学研究的常见模式生物果蝇的睾丸内的lncRNA定位模式进行了全基因组分析。他们发现，lncRNA基因的表达数量和表达水平都远远超出了基于现有记录和它们缺乏相关性的假设的预期，部分原因是lncRNA不编码蛋白质。

该研究的合著者、多伦多大学唐纳利细胞和生物分子研究中心分子遗传学博士生马修·贾奇莫维茨(Matthew Jachimowicz)说:“长链非编码rna是一个有争议的话题，因为目前尚不清楚它们中的大多数是否有功能。”“lncrna的不确定性部分是由于人们认为它们在基因组中的表达水平相对较低。我们的研究结果反驳了这一观点，并证明了lncrna在精子进化和发育中的许多潜在作用。”

这项研究发表在《自然通讯》杂志上。

在整个动物王国中，发育中的精子具有最高水平的基因表达，lncRNA基因的表达水平甚至高于编码基因，并且持续时间更长。在精子发育过程中表达独特的Y染色体也给研究人员带来了独特的挑战，因为它具有许多不寻常的遗传特征，包括转座因子、卫星重复和假基因。

转座因子是从基因组的一个区域移动到另一个区域的DNA序列。卫星重复序列和假基因都是非编码的，前者由重复DNA序列的较大片段组成，而后者在结构上与基因相似。

这些重复的非编码元件在Y染色体上的存在导致它在精子产生之外的所有发育阶段都沉默。然而，它们可以通过将非编码元素整合到基因中来给精子带来风险，这可能导致突变、精子功能障碍或出生异常。

研究小组发现了几个lncRNA基因的例子，这些基因的作用是将潜在有害的转座活性降至最低，使它们保持在促进新基因进化而不是现有基因突变的水平。

“成熟精子已被证明含有编码基因和非编码基因的RNA，”Jachimowicz说。“在精子核中发现的非编码RNA可以影响多代人的新陈代谢和行为。”

研究小组还在精液中发现了一种基于lncrna的新型颗粒，这种颗粒可能会影响生殖和后代。他们假设新的基于lncrna的颗粒可以由精子和非精子细胞产生，并且它们可能发送复杂的细胞间信号。

“我们发现的许多lncrna在以前的研究中被遗漏了，因为它们没有聚腺苷化，”该研究的第一作者、唐纳利中心的实验室技术员Catherine Shao说。“这个过程给RNA分子增加了一条尾巴，它由一串腺嘌呤碱基组成，可以稳定分子并防止降解。事实证明，大多数lncrna不是聚腺苷化的，这就是为什么很多lncrna无法通过传统方法检测到的原因。”

“我们发现睾丸中lncRNA的高水平表达是反驳lncRNA大多没有功能的假设的关键，因为这些假设很大程度上是基于对低表达的观察，”该研究的首席研究员、唐纳利中心和Temerty医学院的分子遗传学教授Henry Krause说。“特别是新发现的基于lncrna的颗粒，有可能为新的基于rna的治疗方法的发展提供信息。”