CellResearch|羅孟成團隊發現雄性性別決定新機制

　　性別決定是最基本的生物發育過程之一，性別也是人類最重要的身份特征。在大多數哺乳動物中，個體性別主要由性染色體決定，因為雄性和雌性都具有同樣的常染色體。在過去的30多年中，在哺乳動物中主要揭示了兩種性別決定的遺傳途徑：睪丸決定 (SRY-SOX9-FGF9) 和卵巢促進 (RSPO1-WNT/β-catenin-FOXL2) 途徑。以前的研究已經表明，SRY是Y染色體中性別決定所必需的唯一基因。可是，在性別逆轉患者(46 XY female) 中，大約只有15% 可歸因于SRY的突變。然而，是否存在另一種性染色體基因參與決定性別仍不清楚。有趣的是，由于X染色體的重排導致部分非洲侏儒鼠 Mus minutoides 表現出雄性向雌性 (XY female) 的性別逆轉，這提示著哺乳動物X染色體上可能存在雄性性別決定基因。

　　2021年8月2日，武漢大學羅孟成教授團隊（武漢大學醫學部2014級臨床醫學八年制博士占軍鋒為第一作者）在以Cell Research上發表文章 SDX on the X chromosome is required for male sex determination 。該論文通過一種創新的蛋白質組學方法，在X染色體上鑒定了一個新的雄性性別決定調控因子-SDX，為理解哺乳動物性別決定機制以及人類性別逆轉疾病治療提供了新的理論依據。

　　該研究改進了一種染色質結合蛋白的篩選與鑒定方法（之前通過該方法篩選到很多關鍵生殖細胞減數分裂調控因子，其中包括MEIOB, YTHDC1/2等），通過鑒定小鼠胚胎期11.5天 (E11.5, 性別決定關鍵時期) 性腺相關的染色質結合蛋白，并結合之前關于減數分裂染色質結合蛋白的組學數據，該團隊發現了一個可能調控胚胎期性別分化的候選基因：9430086K21Rik（也稱為PWWP3B或MUM1L1），基于它在性別決定中獨特的作用，研究團隊將該基因重命名為SDX (Sex-Determining gene on the X chromosome) 。

　　首先，研究團隊分析了性別決定過程中 SDX 的表達定位模式。結果顯示SDX早在雄性性別決定開始時就表達，主要定位于E11.5和E13.5雄性性腺體細胞的細胞核。有趣的是，在胚胎期以及出生后睪丸的支持細胞 (Sertoli cells) 中，SDX均與SOX9共定位。然而，在胚胎期及出生后的卵巢中卻未檢測到SDX的蛋白表達。這些結果表明SDX可能在性別決定和雄性支持細胞的功能維持中發揮關鍵作用。

　　為了揭示SDX在性別決定中的生物學功能，出于對SDX基因可能全敲致死的考慮，研究團隊利用C57BL/6 (B6) 小鼠模型來制備條件性基因敲除小鼠，并通過與生殖細胞特異性cre轉基因小鼠交配獲得了的SDX全身性基因敲除小鼠（SDX-/Y）。表型分析實驗表明，大約25%（20只中的5只）的SDX-/Y成年小鼠發生完全性別逆轉，并且逆轉的雌鼠的生殖系統發育是正常的，然而未逆轉的SDX-/Y雄性隨著年齡的增長逐漸表現出不同程度的生精缺陷。

　　接下來，該研究對雄性性別分化過程中的SDX+/Y和SDX-/Y性腺進行了轉錄組分析。SRY及其下游靶基因SOX9的表達水平在SDX-/Y性腺中顯著降低。在性別決定期間，SRY降至野生型對照水平的約30%。在 E13.5的SDX-/Y性腺中，Sox9和AMH的轉錄水平也顯著低于SDX+/Y雄性性腺中的表達水平，表明雄性發育途徑發生了障礙。進一步的免疫熒光實驗在蛋白質水平也證實了SOX9/AMH表達水平的顯著下降。通過對蛋白序列的保守性分析發現，SDX在人類和小鼠中高度保守，進一步的免疫熒光實驗顯示SDX在人類睪丸中同樣與SOX9共定位與支持細胞中，這提示SDX可能也在人類性別決定中發揮關鍵調控作用。

　　基于相關研究，該團隊提出了哺乳動物性別決定的新模型：在哺乳動物中，X和Y染色體共同確定性別分化的方向，并與常染色體共同作用完成性別分化過程。性別決定由Y染色體上的SRY和X染色體上的SDX共同做出，其中SDX通過促進SRY表達來確保個體朝雄性發育。性別決定領域傳統觀念認為哺乳動物性別由Y染色體（SRY）決定，沒有Y染色體或者缺失SRY基因，個體將發育為默認的雌性。羅孟成團隊的這項研究提出了不同的觀點，指出X染色體也參與性別決定，沒有X染色體上的SDX基因的幫助，Y染色體無法確保個體發育為雄性。

　　圖1. SDX在雄性性別決定中的功能模型（圖源自Cell Research）

　　該論文第一作者占軍鋒于2014年考入武漢大學醫學部臨床醫學八年制（本博連讀）專業，博士研究生階段致力于泌尿外科方向，并且以第一作者發表SCI論文2篇。

　　該論文獨立通訊作者羅孟成于2016年回國組建生殖發育實驗室，研究方向聚焦于哺乳動物性別決定與減數分裂，致力于揭示人類生殖發育缺陷遺傳機制，為人類不孕不育診治提供新理論和新方法。羅孟成博后期間對MEIOB基因的研究工作已得到領域廣泛認可，MEIOB基因已經被收錄入2020版男性生殖相關基因檢測專家共識，作為非梗阻性無精癥檢測基因之一得到臨床的廣泛應用。

　　該論文研究過程中得到了中科院生物物理所李國紅研究員，上海生化所童明漢與李勁松研究員，以及武漢大學梁凱威教授的指點與支持。另外，上海國家蛋白質科學中心彭超博士和殷躍博士提供了高超的蛋白質譜技術支持。

　　歡迎對性別決定與減數分裂研究感興趣的研究生與博后加入該實驗室，期待能將更多的基礎研究推向臨床應用，為三胎政策做貢獻。

　　團隊近兩年發表論文如下：

　　(1) Guan Y, Leu NA, Ma J, Chmátal L, Ruthel G, Bloom J, Lampson M, Schimenti J, Luo M﹡ & Wang PJ﹡, SKP1 drives the prophase I to metaphase I transition during male meiosis, Science Advances, 2020.

　　(2) Guihua Du#, Xinrui Wang#, Mengcheng Luo#, Weiya Xu, Tao Zhou, Mei Wang, Luping Yu, Lufan Li, Li'e Cai, P. Jeremy Wang, John Zhong Li, Jon M. Oatley*, Xin Wu*, ‘mRBPome capture identifies the RNA-binding protein TRIM71, an essential regulator of spermatogonial differentiation’, Development , 2020.

　　(3) Junfeng Zhan, Peng Cui, Ziqi Yu, Wei Qu , Mengcheng Luo﹡, SDX on the X chromosome is required for male sex determination, Cell Research, 2021.

　　(4) Rui Wu, Junfeng Zhan, Bo Zheng, Zhen Chen, Jianbo Li, Changrong Li, Rong Liu, Xinhua Zhang*, Xiaoyan Huang* and Mengcheng Luo*, SYMPK is required for meiosis and involved in alternative splicing in male germ cells, Frontiers in cell and developmental biology, 2021.

　　(5) Jiong Li, Zhen Chen, Rong Liu, Mengcheng Luo﹡, PSPC1 regulates CHK1 phosphorylation through phase separation and participates in mouse oocyte maturation process, ABBS, 2021.