在哺乳动物中，精子与卵子为遗传物质的传递提供了载体。然而，精子形成过程中仍有许多谜题尚未破解。近日，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心与上海交通大学医学院附属新华医院及国内外多家实验室合作研究发现，RNA结合蛋白FXR1可通过液-液相分离激活小鼠后期精子细胞中mRNA的翻译，保障精子形成过程的正常进行。该成果于北京时间8月12日凌晨在线发表于国际学术期刊《科学》。
研究团队以小鼠为模式动物展开此项研究。研究发现，一个RNA结合蛋白FXR1在小鼠睾丸中特异性高表达，并且大量出现在后期精子细胞的蛋白质翻译机器中。在生殖细胞中敲除Fxr1基因后，小鼠睾丸中与FXR1结合的mRNA翻译活性降低、蛋白表达明显减少；小鼠则表现为无精、雄性不育。进一步研究发现，精子细胞中FXR1与多个翻译相关因子存在相互作用，并在体内形成一种动态且可招募大量mRNA的液滴结构。现有理论认为，此类液滴结构通常是某些生物大分子（如蛋白质或核酸）在细胞内达到一定浓度后，形成独立于周围环境的无膜亚细胞器结构，以执行特定生化反应或生物学过程，其形成过程称之为液液相分离，该现象普遍存在于真核生物细胞。随后，通过体外实验证明，FXR1具有显著的液液相分离能力。研究人员由此推测，FXR1可能通过液液相分离形成上述液滴结构，进而参与mRNA的翻译激活过程。
为了验证这一猜想，研究人员在体外培养细胞和体内精子细胞中分别测试了FXR1液滴形成能力与mRNA翻译活性的关系。研究结果显示，破坏FXR1的液滴形成能力将导致mRNA翻译活性降低。随后，研究人员利用CRISPR-Cas9结合半克隆技术，进一步将小鼠生殖细胞中的FXR1突变为无法形成液滴的FXR1变体，发现该小鼠生精细胞中mRNA的翻译活性明显降低，小鼠表现为无精、雄性不育。
该研究揭示了小鼠后期精子细胞中由FXR1液液相分离介导的mRNA翻译激活新机制，有助于进一步认识复杂的精子发生过程，为不育诊断和治疗提供理论依据。