12月11日，上海科技大学生命科学与技术学院刘如娟课题组在国际学术期刊《自然-通讯》（Nature Communications）在线发表了题为“NSUN7 is a catalytically inactive RNA m5C methyltransferase essential for sperm flagellum assembly”的研究论文，报道了NSUN7是RNA m5C甲基转移酶NSUN家族中唯一一个不具有RNA m5C催化活性的亚家族成员，并参与调控精子鞭毛的组装。
RNA上被鉴定出超过170种化学修饰，这些修饰不仅影响其结构和稳定性，还广泛参与蛋白质翻译、营养代谢等多种生物学过程。其中，5-甲基胞嘧啶（m5C）广泛存在于tRNA、rRNA和mRNA中，已被证实与多种疾病发生发展密切相关。NSUN家族是细胞内主要的RNA m5C甲基转移酶，以S-腺苷甲硫氨酸（SAM）为供体催化RNA m5C修饰的形成。课题组前期研究表明，NSUN家族成员NSUN6的基序IV中关键的SAM结合残基Asp被Asn取代后，NSUN6对SAM的结合能力和酶活性彻底丧失，最终导致常染色体隐性遗传智力障碍。
NSUN家族中NSUN1-6的催化活性和相应的RNA底物已得到证实和鉴定，但NSUN7的催化活性及其RNA底物仍存在争议。在人类和小鼠中均发现NSUN7基因缺陷导致精子运动能力受损和雄性不育，NSUN7相关的一系列基因突变与男性精子活力显著下降密切相关，已被一些国家用作诊断男性弱精症及不育的分子标志物，凸显了其在精子发生和成熟过程中的关键作用。目前关于NSUN7是否具有RNA m5C催化活性及其RNA底物的争议尚未解决，严重阻碍了对其生理与病理机制的解析。
本工作发现NSUN7主要富集在成年小鼠睾丸，尤其富集在睾丸的延长形精子细胞中。对成年小鼠睾丸组织中全转录组水平的RNA m5C修饰位点和丰度进行的检测发现，敲除Nsun7对细胞中各类RNA m5C的修饰位点和修饰水平均无显著影响。NSUN7的基序IV中关键SAM结合残基Asp被Leu所取代，导致NSUN7彻底不能结合甲基供体SAM，表明NSUN7不具有RNA m5C催化活性。
与成年野生型小鼠相比，Nsun7 敲除小鼠的体型和睾丸重量均无明显差异。此外，敲除Nsun7并不影响附睾尾部成熟精子的数目和整体运动能力，但精子的前向运动能力显著受损，并伴随精子鞭毛轴丝结构缺陷和位于精子鞭毛主段的纵柱定位异常，而这种异常并非由精子线粒体功能障碍所致。睾丸组织单细胞RNA测序结果显示，敲除Nsun7导致睾丸中延长形精子细胞中大量mRNA显著下调，尤其是与鞭毛组装相关的一系列mRNA下调最为明显。睾丸单倍体精子的蛋白质组学分析表明，敲除Nsun7显著降低了多种细胞骨架相关蛋白质的丰度。综上所述，该研究揭示NSUN7是NSUN家族中唯一一个不具有RNA m5C催化活性的亚家族，并在调控精子鞭毛组装中发挥作用（图1）。
图1. NSUN7不具备催化RNA m5C修饰的活力且参与调控精子鞭毛的组装
上海科技大学生命科学与技术学院刘如娟课题组助理研究员李静、2021级博士研究生朱文煜、2022级硕士研究生王震为本文共同第一作者，刘如娟教授为本文的通讯作者，上海科技大学为第一完成单位。中国科学院分子细胞科学卓越创新中心刘默芳教授合作此项研究。
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