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精子發生（spermatogenesis）是一個高度復雜、保守的細胞分裂和分化的過程。它包括精原細胞的增殖和分化、精母細胞的減數分裂和精子細胞的生成。從圓形精細胞經同步分化發育為成熟的針型精子的過程涉及嚴格而又保守的表觀遺傳調控，如伴隨著精細胞DNA的高度壓縮，精子細胞上組蛋白會經歷大量表觀修飾后從DNA上剝離，并逐漸被中間轉換蛋白取代，直至最終被魚精蛋白取代而進一步高度壓縮精子細胞的父系遺傳物質。而組蛋白-轉換蛋白-魚精蛋白的轉換過程（histone-protamine transition）是精子細胞成熟的重要表觀遺傳標記，從模式生物果蠅到高等哺乳動物人類都很保守。然而，目前對于睪丸組織中的精子發生過程的分子調控機制仍所知甚少。
近日，上海科技大學生命學院的高冠軍團隊在Nature Communications期刊發表題為：Broad phosphorylation mediated by testis-specific serine/threonine kinases contributes to spermiogenesis and male fertility的研究論文。
該研究報道了磷酸激酶TSSK調控精子發生和雄性不育的分子機制，對于了解男性不育的原因和開發男性避孕藥物具有重要的理論意義。
通過使用經典的果蠅遺傳動物模型，研究團隊發現刪除TSSK同源基因會嚴重影響精子發育過程中的組蛋白-魚精蛋白轉換，并導致精子細胞多種表型缺陷，包括精子變形、染色質DNA去凝縮和鞭毛結構紊亂等。研究發現人類的TSSK可以幫助恢復這些精子的表型缺陷，甚至能夠完成組蛋白到魚精蛋白的全部轉換過程。遺傳分析結果顯示，TSSK的激酶催化活性對于精子育性（雄性生殖）至關重要。同時，磷酸化蛋白組鑒定表明TSSK有大量潛在的底物，這些底物參與精子細胞的微管形成、染色質DNA壓縮、鞭毛組織和精子運動等方面。該研究進一步驗證TSSK能夠在體內和體外磷酸化轉換蛋白和魚精蛋白，并協調精子成熟過程中的染色質DNA的壓縮。
圖1. dTSSK突變導致精子發育異常和組蛋白-魚精蛋白轉換缺陷
圖2.磷酸化質譜及生化驗證dTSSK激酶底物
綜上，該研究發現了TSSK介導的磷酸化在精子發生中發揮著廣譜的調節作用，這不僅有助于深入理解磷酸化修飾在精子發生過程中的分子調控機制，而且為開發新的治療男性不育方案和男性避孕藥物的靶點設計提供了新思路。
上海科技大學博士后張雪迪，2019級碩博連讀生彭舉和吳孟華博士（已畢業）為論文共同第一作者，上海科技大學生命學院教授高冠軍為論文通訊作者。
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