多组学项目文章 | lncRNA Gm16751通过RPS3介导的RNA原位互作促进小鼠精原干细胞分化

2026-07-10

精原干细胞（SSC）是男性生育能力的基石，其在自我更新与分化之间的精确平衡受复杂的基因调控网络驱动。长链非编码RNA（lncRNA）已成为哺乳动物生殖细胞发育中的重要调节因子，能够通过与蛋白质、DNA或RNA形成复杂的互作网络，在转录及转录后水平精准调节基因表达。

尽管已有大量lncRNA在睾丸组织中被鉴定，但对于lncRNA与mRNA之间在细胞原位发生的直接分子互作，及其如何协同特定RNA结合蛋白共同调控SSC命运决定的分子机制，目前仍不清楚。那么，在SSC分化过程中，是否存在特定的lncRNA-mRNA互作轴线？这种互作又是如何通过蛋白组分精确介导的？

2026年6月，上海交通大学吴际教授团队在《Cell & Bioscience》发表文章“IncRNA-operated stem cell fate control:RPS3 mediates the in situ Gm16751-Zhx3 interactome to program spermatogonial stem cell differentiation”，揭示了lncRNA调控精原干细胞命运的新机制。研究利用LongRNA-seq和RIC-seq技术构建了SSC分化中的RNA互作图谱，发现lncRNA Gm16751能通过招募RPS3蛋白形成分子支架，稳定Zhx3 mRNA并诱导分化相关基因的表达。该发现为深入理解干细胞分化的转录后调控提供了新视角。

表观生物提供：ASO设计及合成、longRNA-seq、RIC-seq

研究技术路线

实验设计

关键研究结果

1.联合分析揭示SSC分化过程中的转录组动力学与RNA互作组重构

通过建立体外分化模型，研究利用LongRNA-seq（由表观生物给提供）鉴定出5,849个差异基因，其中减数分裂标记物（如Stra8、Sycp3等）显著上调。同时，RIC-seq（由表观生物给提供）捕捉到了2,194对差异化的RNA原位互作。GO富集分析表明，这些动态变化的互作对主要参与精子发生、减数分裂和生殖细胞发育。这些数据共同勾勒出SSC分化过程中RNA表达与空间互作组的协同重构景观。

图1.C）qRT-PCR显示分化后Stra8、Rec8、Sycp3等减数分裂标记基因表达显著上调；D）Western Blot证实STRA8和SYCP3在蛋白水平随分化而上调；E）火山图展示了分化过程中lncRNA和mRNA的差异表达分布；I）GO分析显示具有差异互作模式的RNA主要富集在精子发生相关通路。

2.lncRNA Gm16751与Zhx3 mRNA的互作调控SSC分化

研究锁定了一对共上调且具有强互作信号的分子对：lncRNA Gm16751与Zhx3 mRNA。smFISH结果证实两者在SSC胞质中表现出显著的空间共定位。RAP-qPCR实验进一步确认了Gm16751能特异性富集Zhx3，且分化后的结合亲和力显著增强。通过计算建模与突变验证，研究确定了Gm16751的nt 555-689片段是介导互作的关键区域。

图2.A）Circos图展示Gm16751与Zhx3之间的物理互作连接；D）smFISH显示Gm16751与Zhx3在细胞质中的共定位点；E）RAP-qPCR证实利用Gm16751探针可高效捕获Zhx3转录本；H）Gm16751突变体的构建示意图。

3.Gm16751通过稳定Zhx3 mRNA调节SSC分化进程

研究采用了 LNA-ASO（由表观生物提供）对 Gm16751 实施了高效敲降，结果显示，敲降Gm16751会显著抑制SSC分化并损害Zhx3的表达。机制研究发现，Gm16751缺失会导致Zhx3 mRNA的半衰期从1.49h显著缩短至0.78h。更关键的是，缺失互作片段的Gm16751突变体无法维持Zhx3稳定性，亦不能挽救分化缺陷。而过表达Zhx3可补偿Gm16751缺失带来的影响，证明其是该轴线的核心下游靶点。

图3.B）敲降Gm16751后，分化基因Stra8和Sycp3表达量明显下降；I）DRB转录阻断实验显示Gm16751敲降后Zhx3mRNA降解速度加快；K）Gm16751野生型可提高Zhx3稳定性，而互作位点突变体则失去该功能；L）Western Blot显示Gm16751突变导致分化相关蛋白STRA8/SYCP3表达减少。

4.RPS3作为RNA结合蛋白介导Gm16751与Zhx3的原位互作

通过RAP-MS联用技术，研究将核糖体蛋白RPS3鉴定为与Gm16751互作最显著的蛋白组分。RPS3包含一个KH结构域，具备高度的RNA结合潜力。RIP与CLIP-qPCR结果一致表明，RPS3在Gm16751与Zhx3上的结合序列与两者的互作区域完全重合。这说明RPS3充当了分子支架，桥接并稳定了lncRNA与mRNA之间的原位复合体。

图.4A）质谱分析结果显示RPS3在Gm16751富集组中丰度最高；D）RPS3蛋白结构预测，突出显示的KH结构域是潜在的RNA结合位点；G）RIP-qPCR证实RPS3蛋白能物理结合Gm16751和Zhx3；H-I）CLIP-qPCR精准定位RPS3在两者上的结合峰，均位于互作核心区。

5.RPS3以非典型功能调节特定RNA互作并驱动分化

研究发现，尽管RPS3是核糖体组分，但其在SSC中展现了翻译非依赖性的调节功能。敲降Rps3显著损害了Gm16751对Zhx3的富集能力，并加速了Zhx3 mRNA的降解，但整体蛋白质合成水平未受明显干扰。这表明RPS3通过介导特定的RNA-RNA原位互作，精准调控转录后基因表达，进而驱动SSC向减数分裂方向分化。

图5.D）敲降Rps3导致分化关键基因的mRNA表达大幅降低；G）嘌呤霉素实验显示敲降Rps3对全细胞翻译水平无显著影响；I）RAP-qPCR证实缺失RPS3后，Gm16751与Zhx3之间的互作强度下降；K/L）RPS3缺失导致Zhx3稳定性下降（K）及蛋白表达量减少（L）。

小结

该研究通过解析lncRNA-RBP-mRNA三元复合物，揭示了精原干细胞分化的一条新途径。与以往关注核内lncRNA调节转录的功能不同，Gm16751展现了胞质lncRNA作为稳定器的角色。研究特别强调了核糖体蛋白RPS3的非典型作用：它不仅是核糖体的组分，更能在SSC中作为分子支架，通过其KH结构域介导特定lncRNA与mRNA的物理结合。虽然该研究基于体外模型，但筛选出的关键核苷酸序列及调控轴线为未来解析男性不育症的分子病理提供了潜在靶点。后续研究将聚焦于该轴线在体内的生理功能验证及其在精子发生各阶段的动态调控潜力。