陈苏仁揭示精子核周层蛋白Calicin保护精子细胞核的生理功能

精子核周层（Perinuclear theca,PT）是紧紧包裹精子细胞核的一层特殊细胞骨架，在结构上可划分为顶体下层板（Subacrosomal region, SAR）和顶体后区域（Postacrosomal region, PAR）两个连续的部分。目前已经发现了许多PT特异表达的蛋白，如Calicin、Cylicin-I、Cylicin-II、ACTRT1、CAPZA3、ACTL7A、PAWP、PLCζ等。但是，由于缺乏基因敲除动物模型，PT的生理功能尚不清楚。

北京师范大学生科院陈苏仁研究组最近在Development报道了PT特异表达蛋白ACTRT1通过与顶体内膜蛋白SPACA1和核膜蛋白（如PARP11和SPATA46）相互作用，构建“顶体内膜—顶体下层板—核膜”三明治样结构，负责将发育中的顶体锚定在精子细胞的核膜上【1】。除了顶体锚定，PT是否还有其他生理功能呢？

2022年7月5日，北京师范大学生科院陈苏仁研究组在Cell Reports在线发表了题为The perinuclear theca protein Calicin helps shape the sperm head and maintain the nuclear structure in mice的研究论文（Article），揭示精子核周层蛋白Calicin保护精子细胞核的生理功能。

这项研究首先制作了Ccin-GFP原位敲入小鼠模型，来揭示Calicin蛋白在体内的动态变化规律。研究发现，Calicin蛋白在睾丸延长型精子细胞中定位于顶体下层板（Subacrosomal region, SAR），在精子成熟后转运到顶体后区域（Postacrosomal region, PAR），且Calicin蛋白的表达依赖于顶体的正常形成。Calicin蛋白具有BTB/BACK和6个Kelch结构域，能够形成同源聚体，并与其他PT蛋白存在广泛的互作关系，提示Calicin可能是PT形成的组织中心之一。为了揭示Calicin和PT结构的生理功能，研究人员继而制作了Ccin基因敲除（Ccin-KO）小鼠，发现Ccin-KO小鼠雄性不育，且精子细胞核出现了明显的表面塌陷，核内DNA发生严重的损伤，表明PT蛋白Calicin具有保护精子细胞核的生理功能。Ccin-KO小鼠精子细胞核表面塌陷发生于核浓缩期，此时的精子细胞正在承受着内力（来源于精子领Manchette）和外力（来源于睾丸支持细胞F-actin环）共同的形态塑造。Calicin敲除导致顶体下层板的蛋白变化和结构疏松，失去了保护细胞核免受塑形力损伤的防护作用。

北京师范大学为唯一完成单位，博士生张小真为第一作者，陈苏仁为该论文的通讯作者。

https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(22)00843-9

制版人：十一

参考文献

1. Zhang XZ, Wei LL, Zhang XH, Jin HJ, Chen SR. Loss of perinuclear theca ACTRT1 causes acrosome detachment and severe male subfertility in mice.Development.2022;149(12):dev200489.

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