推荐-果蝇精子形成过程中基因调控的分子机制

果蝇精子形成过程中基因调控的分子机制海伦.白-库伯卡迪夫大学 生命科学学院 博物馆大街 CF10 3AX，UK通讯作者 海伦.白-库伯 电子邮件地址：white-coopercf.ac.uk摘要：从形态上普通的细胞分化成为高度专一、能够独立生活、具有活力的细胞，精子细胞的分化需要大量基因产物的协调作用。这类产物的表达必须是在发育环境下进行调控，以确保正常的细胞分化。精子形成过程中的许多必要基因在动物体内是不发挥作用的，也许在其它地方表达，但使用不同的转录调控模板。因此，精子的形成过程是一个非常好的阐明组织特异性基因表达原理的系统。同样，对于它本身的正确性也变得有趣起来。在这里，我讨论了果蝇精子形成过程中基因表达的调控，重点论述了雄性生殖细胞系中睾丸特异性基因的表达过程。 果蝇睾丸的解剖学和细胞生物学结构 果蝇的睾丸是由肌肉和色素细胞组成的具有盲端的管状结构构成的，管中充满了雄性生殖细胞和支持细胞。详见Fuller在1993年对果蝇精子形成的详细描述。在管的一端有一个厚的基底层区域，覆盖着由20个有丝分裂后hub细胞构成的小集群，它们构成了一个维护正常干细胞的信号中心。分布在hub细胞周围的是两种干细胞群，生殖细胞系细胞的每一次减数分裂都会再产生一个生殖细胞系细胞，并且还产生一个精原细胞。（体细胞）囊状祖细胞的每一次减数分裂都会再产生一个囊状祖细胞，并且还产生一个囊状细胞。尽管囊状祖细胞的分裂同样也会产生新的hub细胞。两种囊细胞都包裹住精原细胞，并形成了囊状结构，并且与哺乳动物睾丸中的推荐精选支持细胞有相似的功能。现在，这些囊状细胞处于后有丝分裂期，与此同时，这些囊状精原细胞经过4次有丝分裂形成16个初级精母细胞。就像哺乳动物精子的形成一样，形成精子的分裂也是以不完全胞质分裂、姐妹细胞间以稳定的胞质桥梁相连接为特征。初级精母细胞迅速通过减数分裂前s期并进入持续超过3天的细胞循环G2期，在此期间，细胞体积明显增大，经过两次减数分裂形成的64个圆的精子细胞仍然包在一个囊中。并且相互协调联系产生极化，所以，这个囊状结构本身就是不对称的。在精子细胞的伸长阶段，两种囊细胞的不同之处变得明显起来。头部的囊细胞覆盖在精子细胞的尾部，而尾部的囊细胞压缩正在伸长的尾部。囊细胞调整精子的头部朝向睾丸的底部，而尾部则朝向睾丸的顶端伸长。最后，充分伸长的精子细胞再进行个体化发育，在此期间，将挤出多余的细胞质，个体发育完的精子细胞在睾丸的底部呈圆圈状，直到被排入精囊中。果蝇睾丸中的基因表达原始的增值中心 在睾丸的顶端区域含有hub细胞，干细胞（生殖细胞系细胞和囊祖细胞）以及有丝分裂精原细胞囊，它们共同构成了原始的生发中心。在这里，基因的特异性表达似乎涉及到干细胞的行为调节作用，促进干细胞发育成与hub基因相关的细胞，并且促进从hub中移走的细胞的分化。几种信号通路解释了这一过程。包括所有种类干细胞的中JAK-STAT推荐精选信号的激活，并与hub的配体进行反应，以及生殖系细胞的和精原细胞的中DPP通路的激活。最近，这几种通路在其它领域也受到了重视。有这些信号事件决定靶细胞中发生转录改变的研究已经取得了进展。通过扩配的生殖系干细胞和扩配的精原细胞相比，发现，在hub或干细胞中的特异性表达上存在很少的相关基因。但是发现了一个在干细胞JKA-STAT信号通路潜在靶基因。一个把基因、锌指同源-1以及转录因子是必须且足以囊祖细胞的，通过抑制与囊祖细胞分化的相关基因的表达，有趣的是，囊细胞中的锌指同源-1的持续表达阻止了囊干细胞自身的表达以及生殖系细胞的非自主关闭的分化。这表明，睾丸顶点区域的信号发生要比之前我们想的要复杂得多，并且，我们对两种干细胞的行为上的协调作用的机制还不清楚。初级精母细胞的激活一个特异的转录程序对于雄性生殖系细胞来说，有丝分裂的完成以及进入精母细胞阶段标志着一个戏剧性的转折点。我不知道在动物的雄性生殖系干细胞和囊细胞中表示的任何一种基因是否在其它细胞中也表达，睾丸特异性基因的表达在精母细胞中被激活。20世纪60年代和70年代进行的将3H-尿苷整合到转录产物的实验表明，在哺乳动物的精子中存在减数分裂后转录。相似的关于果蝇的影像研究表明，在成熟的初级精母细胞阶段开始将3H-尿苷整合到转录产物中没有协调作用。因此，尽管减数分裂后转录被认为普遍存在于哺乳动物圆形的精子细胞中，推荐精选但直到最近它才被认为在果蝇的精子形成过程中不存在。这表明，在精子形成过程中所需要的蛋白质都是在初级精母细胞中转录形成的，并且一直都被储存着，直到被需要利用。这包括，例如精子尾部的蛋白质Donjuan以及许多其它的蛋白质都是在初级精母细胞核中合成的，并且都保持着翻译抑制状态并持续几天，直到精子形成的后期阶段。脊椎动物中也是如此，尽管也存在减数分裂后转录，但都被染色质的浓缩所抑制，并且在精子形成的后期需要依赖于储存mRNA的翻译。初级精母细胞中的基因表达 对成体的不同基因芯片分析表明，基因组织中大约50%的基因在睾丸中表达，并且在成体中检测到的8%的转录产物是睾丸特异性的，而且还有5%是在睾丸中扩增的。因此，与其它组织相比，睾丸中表达的全部基因中的25%是睾丸特异性的或者是在睾丸中扩增的，相似的研究表明，这些基因在睾丸中表达，但不是编码蛋白质的作用。精子中的全部蛋白质被证实是由350种蛋白质组成的，这些蛋白质中的50%是睾丸中富含的或者是特异性转录产物。令人欣慰的是，已知的精子特异性蛋白，例如B2-微管蛋白和胞质动力蛋白都在数据库中可以查到。睾丸特异性或是睾丸中扩增的基因大体上要分为两类，一类是在其它组织（有时是睾丸）中表达的含有明显的共源产物，另一类则是不含有共源产物。表1列出了这两类基因的基因片段，表明了何种基因在果蝇的初级精母细胞中表达。这个列表中显示出了多种不同基因本质上的分类，包括，代谢、胞质骨架以及染色质的组织等。然而或许是依据基因本质上进行的睾丸特异性基因和睾丸蛋白质分类所得出的结论就是，最大的一类是推荐精选“无功能预测”在果蝇基因组中，仅限于睾丸特异性精子蛋白组基因本质上的分析是特别引人注意的。这些基因中得很小一部分有功能预测，甚至在这些已经进行了功能预测基因中很少进行过检测，大多数基因的功能是不明确的。X染色体上基因的表达 已有实验证据表明，在雄性中，对于基因发挥主要作用而言，X染色体不是一个非常好的地方，并且有一个X染色体的雄性偏置和睾丸偏置影响基因以外的一般模式。通过复制会产生一对基因，常染色体副本要比与X染色体相关的副本更加具有睾丸偏置影响表达。潜在的进化力量推动了这些事件的进行，包括性antogonism，因为雄性是X单倍体，所以与X相关的等位基因的复制要比雌性花更多的时间，因此，变异对雄性有利而对雌性不利就被相应的选择出来了。精子形成过程中X染色体的失活将会给与X相关的精子形成基因的相对基因更强的选择作用。这两种力量共同推进了X染色体失活的假说。同样，在脊椎动物精原细胞的减数分裂中X染色体也会失活。并且对于X染色体是在果蝇的初级精母细胞中失活的说法在较长时间内存在争议。这个观测结果对一大类的睾丸中丰富的基因和一小类体细胞中丰富的基因都是正确的的。通过质谱分析发现，构成精子的381种蛋白质中只有43种是由X染色体编码的，这再一次证明了存在于X染色体上的镜子基因的不足性。有趣的是，尽管如此，仍有大量的与X染色体相关的基因是在睾丸中特异性表达或扩增的。这表明，在这里确实有一些激活子发挥了作用。与全部的成体样本相比，在睾丸中最丰富的50种基因中，13种存在于X染色体上推荐精选。对于结构基因，如sdic基因和与X染色体相关的筑丝蛋白基因家族的扩大串联而言，X染色体的确是一个好的地方。最近一个将转基因插入X染色体与插入常染色体在表达上的比较分析表明，至少有一种睾丸特异激活子要比插入常染色体中更高效的发挥了功能，尽管这个表达作用是在与X染色体相关的插入中检测的。这表明，在X染色体上存在着一个较低水平的表达，尽管对其它激活子的大部分观察结果还未进行检验。减数分裂阻滞位点：初级精母细胞中基因表达的调控尽管在精子细胞分化的过程中有多种细胞内事件的协调作用，遗传分析表明，大多的形态上的事件都是独立调节的。例如，精子细胞的伸长涉及到鞭毛轴丝的合成、线粒体融合以及线粒体衍生物的伸长和质膜的极性生长等。突变的精子细胞fws中，保守的低聚高尔基体亚基，或是syntaxin5，它们都对内质网-高尔基体物质运输非常重要，它们可以启动轴丝和线粒体的伸长等，但在这些男性体内（xu et al.2002,Farkas et al.2003）细胞不能生长，囊细胞也不能伸长.在精子突变体fzo中，丝裂融蛋白以及线粒体融合不能发生，但精子细胞可以伸长。令人惊讶的是，精子细胞的分化并不完全依赖于减数分裂的完成，细胞周期激活因子交织引起精子细胞的突变，使细胞不能发生减数分裂而是使精子细胞发生分化成为4N，16个细胞构成的囊状过程。推荐精选 尽管特别的形态事件发生具有独立性，但遗传学分析揭示了精子基因组程序是如何协调的。在精原细胞arrest发育过程中，发现了一类“减数分裂阻滞”突变体，它们不能进行减数分裂或精子细胞的发生。雄性突变体睾丸中的减数分裂阻滞位点仅仅包括精子形成过程中直到成熟初级精母细胞的各个阶段。这些睾丸中的初级精母细胞，它们既不进行减数分裂也不促进精子细胞的分化，在发生减数分裂阻滞突变的睾丸的底部区域明显含有退化的细胞。这些睾丸与患有成熟减数分裂精子细胞缺乏症病人的睾丸相似。减数分裂阻滞位点分为两种不同的表型对第一次减数分裂突变体的细胞核结构检测表明，can,mia,sa突变体中部分凝聚染色体的结构与正常前期的结构相似。相反的是，在aly基因突变的精母细胞中，染色体在形态上是非常分散的，并且染色体显得非常模糊。为了弄明白减数分裂阻滞突变体是如何影响减数分裂和精子细胞分化的过程，我们检测了几种对这些过程十分重要的基因的表达情况。对初级精母细胞功能很重要的基因在突变的精母细胞中表达了，这表明，在初级精母细胞中，减数分裂阻滞基因不是转录的全部激活子。令人惊奇的是，我们发现，精子形成过程中起重要作用的基因的mRNA在can,mia,sa基因突变的初级精母细胞中表达量很低，并且在aly基因突变的初级精母细胞中检测不到。aly基因突变体在细胞周期的转录方面与其它几种突变体表现不同：aly基因突变体需要Twine基因的转录产物，但是can,mia和sa突变体推荐精选需要的是转录后的Twine蛋白产物，因此，我们推断，在初级精母细胞中，减数分裂阻滞基因对转录是很重要的，在精子形成过程中，主要的基因产物发挥作用。我们进一步推断，减数分裂阻滞基因又可细分为aly基因类和can基因类两类，且这种分类在最近关于减数分裂阻滞位点的发现中应用。aly类基因突变体影响睾丸中多于1000种基因的转录，然而can类基因突变体则有些局限于靶基因。大约有150种基因可以在can类基因突变体中表达，而在aly基因类突变体中则不能。而且，aly类基因的无效突变体明显的削弱了靶基因的表达，尽管靶基因的表达作用减弱了，但在发生can类基因突变的睾丸中可以检测到它。aly类基因的产物形成了睾丸特异性TFD共源复合物多亚基转录因子复合物TFD是由TATA-结合蛋白和多达12个TATA-结合蛋白相关因子构成的，它在促进基因启动子区域与RNA核糖核苷酸聚合酶之间的相互作用方面发挥了关键的作用。can基因的克隆表明，它编码了与无处不表达的TAF,dTAFS物质共源的睾丸特异性物质。mia,sa,rye基因的克隆表明，它们也编码组织特异性物质TAFs，这就产生了一个假说，即存在一个无处不需要TAFs物质的睾丸特异性区域。睾丸TFD物质包含由can基因减数分裂阻滞位点编码的TAFs，由TAF1和TAF2混杂而成。一个TAF1与同型的TAF1相连，并且在睾丸中大量扩增。假设这个启动子与靶基因相互作用，则复合物中也会含有TBP（或几种TBP相关蛋白的一种），尽管通常DNA连接活性是TBP赋予的，但也有可能由TAF1或2中的两种AT-hook motifs所提供的。尽管睾丸推荐精选TFD复合物的postulated与现有数据库相一致，但值得注意的是，TAFs不仅是TFD的组成成分，而且还与组蛋白乙酰转移酶和PCG复合物相关，这使得功能预测变得更加困难。tTAFs的发现导致产生了一个功能模型，其中它们仅仅是替代了通常表达的TFD复合物，并且具有转录激活因子的作用，特别是作为精子形成基因的激活子。tTAF亚基可作为一般TFD复合物的一个简单替代物表明，tTAF蛋白质首先是与大量的染色质共聚集在初级精母细胞的细胞核中，但是大部分tTAF蛋白质与TAF1-2不是集中在常染色质上，而是在细胞核的亚区室中。这些人发现在初级精母细胞中，一小部分的tTAF染色与染色体聚集有关。一般表达的TFD的组成成分既不能在初级精母细胞中被检测到而且与染色质也没有关系，且在细胞核中也不存在。令人惊奇的是，pc,polyhomeotic和dRing抑制复合物的所有成分首先是聚集在初级精母细胞的细胞核中，这与tTAFS模式是一致的。PRC1的细胞核聚集依赖于tTAFS的正常激活，在tTAFS突变的初级精母细胞中，PRC1的成分聚集在染色质上，而不是细胞核中。这些发现产生了一个假说：tTAFS激活睾丸特异性基因表达的功能可能归因于自己被抑制剂的抑制作用。在这种情况下tTAFS会使PRC1免于睾丸特异性靶激活子的激活作用，这样就使其去抑制了。在睾丸样品中中进行的免疫沉淀法检测显示，tTAFS应该是初级精母细胞中的靶激活子（这是样品中唯一表达沉淀蛋白的细胞）然而，在野生型的睾丸中，pc受tTAF靶激活子的作用，与受非靶基因或基因间区域的激活子作用相比，pc没有扩增，相反，却与推荐精选“抑制剂的抑制剂”假说相一致。在tTAFS突变的睾丸中，pc在tTAF靶激活子的作用下扩增，“tTAFS作为一个激活因子”和“抑制剂的抑制剂”两种假说不是互相排斥的。tTAFS可能既能除掉抑制剂（pc）又能作为激活子发挥作用。例如，募集Trithorax group复合物。Aly类基因产物形成睾丸特异性Myb-MUVB共源复合物当aly基因被克隆出来时，我们知道它从植物体到动物体都是很保守的（真菌中不是），aly基因唯一的同源基因已经在其它系统中被研究了，这个系统就是线虫的lin-9基因，这个基因涉及到synMUVB遗传通路，该遗传通路对线虫的外阴感应起着负调控的作用，那时，lin-9基因调控C.线虫中细胞命运的机制还不清楚。基因测序和系统发育分析表明，aly基因是果蝇中两种lin-9基因共源的基因中的一种，另一种则是mip130基因。aly基因潜在功能的线索来自最近对其同源基因的分析。从卵巢提取物中纯化得到的mip130蛋白，与果蝇Myb,CAF1以及之前不知道的两种Mip120和Mip40构成了一种复合物。这种复合物在细微的不同条件下再次被纯化，并揭示了其含有更复杂的亚基，现在被称作MMB或dREAM复合物。另外的一些亚基，包括果蝇Rbf，E2F2，DP和dlin-52，其中Myb,E2F2,DP以及Mip120是DNA的结合蛋白。dREAMMMB复合物主要功能似乎是抑制基因的表达。令人兴奋的是，C.线虫synMUVB通路基因的克隆揭示了一个类似的基因序列推荐精选，其产物形成DRM复合物，核心DRM复合物包括lin-35基因，Efl-1基因，DPL-1基因，lin-53基因，lin-37基因lin52和lin54基因，除此之外，还含有alymip130的同源基因lin-9基因。从人体细胞已经提取纯化的一种被叫做linc或DREAM的相似复合物。表3给出了这几种相关复合物的成分。Mip40基因是一种在果蝇睾丸中高度表达的dREAMMMB亚基基因，利用它进行免疫亲和纯化方法证明了睾丸特异复合物的存在，这种复合物被称作是睾丸减数分裂阻滞复合物。一些tMAC成分在dREAM复合物种被发现，一些则是dREAM复合物亚基的共源物质，一些则只存在于tMAC中。通过对aly类基因减数分裂阻滞基因的遗传分析，tMAC亚基中的三种成分已被确定。Comr基因编码一种耐性蛋白，这种基因在果蝇基因组中很保守，但在更远的亲缘物种中则找不到这种基因。当我们第一次克隆comr基因时，从数据库中寻找其序列，却找不到与之相匹配的。但最近研究表明，它包含一个被公认是DNA结构域的翼状螺旋结构。Topic基因是在与其直接作用的comr蛋白的基础上克隆的，这种基因至少在昆虫中是保守的，它包含有多锌指模型，被公认具有约束DNA的作用。我们通过aly基因蛋白的配体的结构克隆了tomb基因，tomb基因含有被预言为DNA连接域，并与dREAM成分Mip120共源的CXC基因。最后的aly减数分裂阻滞点已经通过遗传学方法确定为achi和vis基因的重复点。编码achi和vis蛋白，这与人类中的相互作用因子蛋白类似。Achivis蛋白与睾丸提取物中的aly和comr基因发生共免疫沉淀反应，但与Mip140基因不发生共纯化作用。这表明aly和comr至少存在于两种不同的复合物种，一种复合物含有Mip140，缺乏Achivis，另一种则含有Achivis。 组织特异性基因dREAM与tMAC亚基被公认是DNA连接蛋白，核心复合物成分，睾丸中表达的共源物与睾丸或组织中的不同的DNA连接蛋白的作用就是确保睾丸中精子形成基因被特异的激活。dREAM和DRM复合物主要是在转录抑制方面发挥作用，而不是激活作用。尽管激活作用是由人类中复合物LINC来发挥。这就引出了一个问题，aly类减数分裂阻滞基因是直接作为转录激活子发挥作用，还是作为抑制因子对抑制因子发挥作用？支持潜在激活作用的一个证据：观测结果表明，在初级精母细胞中，所有aly类蛋白质与常染色质发生共聚集作用，并且，这种聚集作用对其功能是必要的。Achivis。作为转录激活子的直接证据已经通过对Achivis的强激活和强抑制发生的表达融合证实了。Achi-VP16融合蛋白的表达避免突变形状的发生，而Achi-ERR基因的表达不能起到这个作用。tTAFS和tMAC的交互调节利用原位杂交技术诊断RNA，将其分成aly类和can类减数分裂阻滞突变，这些有关蛋白编码aly类基因成为tMAC亚基，使can类基因变为tTAFS，然而mip40不符合这种分类，但显然mip40突变体使can类的。这可能表明，mip40在平衡两种复合物的相互作用中发挥关键的作用，这需要做进一步的研究。推荐精选睾丸特异性激活子 睾丸特异性基因只在睾丸中被激活，在果蝇的其它组追中则保持“沉默”，有点让人吃惊的是，激活子成分与睾丸特异性存在很小的相关性。首先被研究的其中之一就是-微观蛋白的同型物2微观蛋白。令人惊讶的是，仅由启动子区域的一个长53bp的片段，加上5UTR的第一个长71bp的片段就足以引起报告基因组的睾丸特异性表达。启动子上一个长为14bp的片段2UE1，被证明对睾丸的特异性表达起着关键的作用。这个睾丸特异性的报道基因的表达依赖于减数分裂阻滞基因功能的正常发挥，例如，内源性基因的表达。2UE1的相关序列被发现是其他几种睾丸特异性转录起始位点的上游，但这个序列在其他睾丸激活子中没有被发现，所以，它不能被认定是睾丸特异性表达的标志序列。表3给出了其它几种基因进行睾丸特异性表达所需的最短序列。这些短的启动子大概含有睾丸特异性表达控制装置的起始位点，tTAFS和tMAC，如上文所述。事实上，睾丸中的睾丸特异性控制元件非常小，并且可能对新基因的复制表达来说很重要。例如，睾丸特异性基因sdic是Annx基因和cdic基因的复制与融合进化而来的Annx基因和cdic基因分别负责编码膜蛋白和胞质动力蛋白连接链。新生成的sdic基因编码启动子是由Annx的编码区和cdic基因的内含子序列编码产生的。 对基因组组织的观察发现，睾丸特异性基因显然聚集在基因组中。睾丸特异性基因的聚集很有可能与初级精母细胞或其他类型细胞中高度有序的染色质有关。聚集的基因组区域在体细胞中保持推荐精选“沉默”并且具有紧凑的染色质结构。但是，如果将转基因随即插入基因组中，这在表达上也存在一些较小的差异。所以，尽管染色质组织区域会促进睾丸特异性基因的表达，但它对于确定正常基因的表达水平并不重要。可以很公平地说，基因组环境与启动子序列对睾丸的特异性表达的相关重要性是复杂的，但这种复杂的无问题至今未被解决。精子细胞伸长时的转录活动 正如以上所论述的，在果蝇的睾丸中不存在减数分裂后转录的观念已被广泛接受。在初级精母细胞中，精子形成过程中产生的转录产物将会被进行一个综合处理并储存起来，直到被利用时。精子形成过程中，一旦发生翻译活动，这些转录物质就会活跃起来，这些转录物质的消失同时伴随着蛋白质的形成。这种现象在分析睾丸中普通基因的功能时非常有用。通过简单分析转录产物的积累与消失可以大致推测出蛋白质的产生处于什么阶段。在我的实验室中，我们针对这个目的做了许多的RNA原位杂交实验。我们在精子细胞中检测到的大多数基因的产物的表达量与在初级精母细胞中检测到的大致相同，这正如我们所预料的。然而，我们发现了一个与这个规律极不相符的一类很例外的基因，这个基因的染色结构与精子形成过程中某个特殊时期的转录产物一致。这些转录产物，整体上是指在初级精母细胞中检测到的表达量很低的“comets”和“cups”这些物质在精子细胞伸长阶段的末尾时期表达水平很高。我们使用了单一囊定量RT-PCR模式，我们发现，在单一孤立的由初级精母细胞形成的囊中含有可检测到的推荐精选comet或cup转录产物，并且，这些转录产物在处于伸长后期的精子细胞构成的囊中由很高的水平。这些数据证实了我们在RNA原位杂交中看到的模式。具有高转录活性的初级精母细胞的细胞核的直径约为17um，细胞核在精子头部为球形时时直径大约为6um，然而成熟精子细胞中的针形细胞核长约9um，最大直径约为0.3um，相比之下，胎盘合胞体的中期细胞核直径大约为10um。因此在精子形成过程中涉及到其细胞核成200倍的减少，而在减数分裂和核的更新中体积仅减少20倍。精子细胞核开始伸长并稍微变细，这涉及到体积的成5倍减少，并且在早期的canoe阶段呈现一个不对称的U形，在canoe阶段的晚些时候，其又呈现为肾形。果蝇精子中的DNA是由细胞核中小的基础蛋白，包括H1组蛋白，学术上称为似鱼精蛋白包装起来的。这些赖氨酸丰富的蛋白质在功能上与脊椎动物中精氨酸丰富的鱼精蛋白相似。D.果蝇中的三种鱼精蛋白都已被描述出来，即Mst35Ba蛋白（鱼精蛋白A），Mst35Bb（鱼精蛋白B）和Mst77F蛋白。这三种全部的蛋白存在于成熟的精子细胞的核中。在脊椎动物体中，从核小体包装到鱼精蛋白的转换是在转移蛋白，包括TpI94D蛋白的促进下进行的。组蛋白-转换蛋白-鱼精蛋白的转换发生在canoe阶段的晚期，并且，细胞核体积的大量减少也是从这个阶段开始的。对睾丸中表达的荧光标记组蛋白，鱼精蛋白和转换蛋白进行单一囊RT-PCR检测，我们发现comet和cup转录产物恰恰在开关之前出现，此时，大部分的细胞核DNA仍然不是在高度浓缩的状态。在精子形成过程的canoe阶段的晚期，可以特异的检测出活化的poly推荐精选酶。尽管没有直接检测，但我们推测转录仅发生在充满染色质的核中。脊椎动物精子细胞中转录的终止和脊椎动物中组蛋白-转换蛋白-鱼精蛋白的开关时间关系并没有被确定下来。现在还不清楚的是转录的停止依赖于染色质浓缩的启动，还是染色质的浓缩依赖于转录的终止，或者是两者在机制上是相互独立的。减数分裂后转录在哺乳动物与果蝇中有一个明显的不同，在哺乳动物精子分化的早期阶段，转录活动是相对较高的，并且在染色质浓缩时停止。在果蝇中，我们发现，在初级精母细胞阶段的末期，转录大体上停止了，在精子形成的早期阶段，我们并没有检测到转录产物的积累，而是在精子细胞伸长的中期阶段，我们发现了转录能力突然被再次激活。 至少一种comet基因，soti对雄性的生育能力是必要的，因为我们发现，在soti基因纯合的个体中是不能形成精子的。有趣的是，soti基因的杂合体是可育的，并且可以遗传soti基因突变的染色体。因此，果蝇及哺乳动物中的精子囊都是功能二倍体，32个单倍soti基因突变的精细胞可由囊中另外的32个精细胞的soti基因“拯救” 我们从大约1200个基因的原位杂交中确定了24个comet和cup基因。鉴于我们缺乏系统的搜索方法，我们可能不能确定全部的减数分裂后转录基因，并且一种基因组测定的方法也很有可能“屈服”于更多的这种基因。对24套染色体的环境进行分析，例如，观测基因的密度，共表达基因的聚集状况等。但是没有找出这些基因为什么在精细胞中表达的线索，在普通的染色质中也存在这些基因。我们也制作了许多的转基因序列，包括几种推荐精选comet和cup基因的基因组区域。所有这些独立的着生都证实了内源表达的模式。所以，对于减数分裂后转录来讲，没有专门许可转录的染色质区域，更早提到的，睾丸特异性表达基因似乎有短的启动子区域，并且comet和cup基因总是符合这样一种模式，大约长度为1kb的基因组中的单侧DNA就足以概括正常的表达模式（我们还没有评估更短的片段）。对于确定驱动减数分裂后表达的DNA区域续作进一步的研究，当然，肯定是转录激活子激活了这一过程。 为什么果蝇的睾丸中存在减数分裂后转录？既然在初级精母细胞与精子形成有关的大部分基因都发生了转录，那么让人感兴趣的是为什么还存在一小部分的例外基因呢？所有的comet和cup基因转录产物都可以在初级精母细胞中被检测的到，尽管量很低，所以，它们在这些细胞中的转录都是无害的，尽管这些早期产生的转录产物并没有继续进入到精细胞的伸长阶段。推测减数分裂后转录与RNA的聚集是相关的，这是很吸引人的。在我们进行的许多原位杂交实验中，仅有一些基因，它们在精细胞中的表达水平要比精母细胞中的显著升高，并且显示出了mRNA的区域化，并且一直持续到精细胞伸长的末期。很有可能其它的不发生聚集的转录物质也是在精母细胞中合成的，但这种定性的原位杂交技术并不是确定减数分裂后转录基因最好的方法。对于comet和cup基因来说，或许使这些转录产物聚集的装置仅仅是在精子细胞伸长时才变得活跃起来。需要做进一步的研究来确定comet和cup基因产物是如何以及为什么能聚集到精细胞的生长顶端。推荐精选结束语精子形成过程中基因的表达模式被认为会随着发育调控的控制机制变得忙碌而改变。在果蝇的初级精母细胞中，大量睾丸特异性基因的表达非常依赖于两种蛋白复合物的激活作用。这个系统与其它发育调控系统中转录激活子的级联激活相比要简单得多，并且对研究发育过程中基因是如何在合适的时间被特异激活的有吸引力。立场声明作者声明，与被认为是损害该研究报告公平性的事情不存在利益冲突。资助我实验室中的工作得到了英国皇家学会以及威康信托基金（减数分裂阻滞基因部分）和BBSRC（原位杂交和减数分裂后表达部分）的资助。致谢感谢我现在及以前同事的大量启发性的讨论，特别感谢蒋剑桥，伊丽莎白.本森，卡伦.多格特，Carine Barreau和Nina Bausek。同样感谢Ceri莫里斯对手稿的校对。 （注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!） 推荐精选