是誰打開了精子的基因組？

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一個嬰兒的誕生始於一個精子進入一個卵子，在受精完成之後，胚胎得以發育，最後嬰兒出生。這似乎是一個我們從初中的生物課堂上就掌握了的過程，然而，當你進一步思考，母本的那一半基因組是如何與父本的基因組融合形成一個新的人類基因組時，會發現問題並沒有那麼簡單。

事實證明，一直以來，科學家對於受精過程中的這些短暫卻又關鍵的初始階段，瞭解得並不詳盡。

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要探討這一過程，我們可以從精子形成開始說起。我們知道，精子是一類非常小的細胞，它比人體正常細胞小20倍。當然，它所攜帶的遺傳物質也只有普通細胞的一半，但儘管如此，它仍然需要以一種特殊的方式進行摺疊和打包，才能適應精子的大小。

一直以來，科學家已知在精子發生過程（即精子的形成過程）中，會經歷一個組蛋白逐漸被一種名為”精蛋白”的蛋白質取代的過程，這些精蛋白是一類纏繞在DNA周圍的蛋白質，就像項鍊上的珠子一樣。這個逐步取代過程非常關鍵，它可以將基因組的體積壓縮10-20倍，從而將父本基因“壓實”在精子頭部。

當精子與卵子相遇之後，就需要之前提到的“壓實”打包過程發生逆轉，讓精子裡的基因組與母本基因組結合並重組。可以說，對於親本基因組的重新編排以及隨後的激活來說，這一逆轉過程是至關重要的。然而，科學家對於是什麼啟動以及調控了這一基本過程的細節知之甚少。

終於，在近期的《細胞》雜誌上，來自加州大學聖地亞哥分校的生物學家與合作者發表了一篇新的論文，描述了他們識別出了一種在生命之初扮演著“發起人”角色的酶。這種酶名為

○ 在精子與卵子受精後，SPRK1酶立即啟動解開精子基因組的第一步，剔除精蛋白，從而打開了父本DNA，讓父本與母本的DNA進行重組。| 圖片來源: Lan-Tao Gou

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論文的通訊作者是細胞和分子醫學系的教授Xiang-Dong Fu，在一篇採訪中，他介紹了這項研究的一些背景。他表示一開始，他們只是單純地感興趣於瞭解生命起源的基本問題，但在這個過程中，他們發現了一個可能會造成生育障礙、使得受孕困難的步驟。通過研究這一步驟，他們瞭解到了SPRK1在這個過程中所起到的作用。

其實，這並不是Fu教授對SPRK1的首次研究，他的團隊對SPRK1已有很長的研究歷史，但他們研究SPRK1的原因是出於SPRK1剪切RNA的能力，這是將基因翻譯成蛋白質的重要一步。之前他們發現，SPRK1在結腸癌中被過度激活，因此開發了抑制這種酶的抑制劑。

早在1999年，Fu就曾發表過一篇論文，首次描述了SPRK1在RNA剪切中可以起到的作用。之後不久，希臘的一個研究小組發現，構成了SPRK1基質的氨基酸構件單元的序列，與構成了精蛋白的氨基酸構件單元序列之間具有相似性。Fu教授對這個信息思考了很多年，但一直以來，他缺乏可以研究精子發育的專業知識和工具。

直到2015年，Fu開始與在精子發生方面具有一定經驗的生物學家Lan-Tao Gou博士一起合作。他們借用了研究所需的設備，利用Fu的理論，發現之前所描述的剪切激酶SRPK1，可以通過磷酸化精蛋白，來啟動父本基因組的重新編程，從而在受精卵中誘發精蛋白-組蛋白互換的過程。這一發現驚喜地證實了Fu的假設——一旦精子和卵子相遇，SRPK1就會用組蛋白替換精蛋白。

Fu表示，SPRK1很可能在胚胎發生的早期就開始扮演這一角色，然後進化出了剪接RNA的能力。如此一來，擁有剪接RNA能力的SPRK1可以即使在胚胎髮育不再需要它的時候，仍能存活下來。

研究人員表示，接下來，他們想要一一確定指導了精子與母本基因組同步的信號。Fu表示，現在他們有了很多新的想法，並表示：“我們對精子發生、受精和胚胎形成過程中的每一步瞭解得越透徹，我們就越有可能在生殖系統出現故障時對有生殖問題的夫妻進行干預。”

https://ucsdnews.ucsd.edu/pressrelease/how-sperm-unpack-dads-genome-so-it-can-merge-with-moms

https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.02.020

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