《Nature Communications》：PAN2 maintains mRNA poly(A) tail homeostasis and regulates translation during spermiogenesis in mice
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本研究发现，敲除poly(A)核糖核酸酶PAN2会导致雄性小鼠不育，其精子发生停滞于圆形精子阶段。通过整合PAIso-seq2、质谱和核糖体分析等技术，研究揭示了PAN2缺失破坏了阶段特异性的poly(A)尾重塑，并导致翻译效率全局性下降及关键翻译起始因子蛋白水平降低。这项工作阐明了PAN2-PAN3复合体在体内调控mRNA转录后修饰和蛋白翻译以驱动精子细胞分化的关键生理功能。
在生命的最初蓝图——基因被转录成信使RNA（mRNA）后，一场精密的“后期加工”才刚刚开始。其中，mRNA分子末端那条由数十至数百个腺嘌呤（A）核苷酸组成的“尾巴”——poly(A)尾，扮演着至关重要的角色。它不仅保护mRNA免于过快降解，更是其进行高效翻译（即指导蛋白质合成）的“通行证”。在细胞质中，有两对主要的“剪刀手”负责修剪这条尾巴：CCR4-NOT复合体和PAN2-PAN3复合体。前者功能已较为清晰，但后者在哺乳动物活体（in vivo）中的具体职责，尤其在特定生理场景下的作用，长期笼罩在迷雾之中。精子发生是一个高度程序化、依赖大量新蛋白质合成的过程，这使其成为探究mRNA翻译调控机制的绝佳模型。然而，poly(A)尾在此过程中的动态变化规律及其调控因子，仍是未解之谜。为了解决这些问题，研究人员将目光投向了PAN2。
为了深入探索PAN2在精子发生中的功能，研究者们运用了多组学前沿技术。他们首先构建了生殖细胞特异性敲除Pan2基因的小鼠模型。随后，通过PAIso-seq2技术（一种可精准测定poly(A)尾长度的方法）对野生型和敲除型圆形精子细胞进行了转录组水平分析。结合质谱技术（MS）分析了蛋白质组的变化。此外，利用Ribo-lite（一种核糖体图谱技术）评估了翻译效率。并通过内源性免疫沉淀-质谱联用技术（IP-MS）鉴定了与PAN2相互作用的蛋白。
Germline-specific deletion of Pan2results in male infertility due to spermiogenic arrest.
研究人员发现，特异性敲除生殖细胞中的Pan2基因会导致雄性小鼠完全不育，但其减数分裂前期进程正常。深入分析揭示，精子发生过程被阻断在圆形精子细胞向长形精子细胞转化的关键阶段（step-8/9期）。这表明PAN2对于精子细胞的后期分化至关重要。
Pan2deficiency disrupts stage-specific poly(A) tail homeostasis in round spermatids.
通过PAIso-seq2技术，研究团队首次描绘了野生型小鼠精子发生过程中阶段特异性的poly(A)尾重塑图谱。而在Pan2敲除的圆形精子细胞中，这种精密的稳态被打破，出现了异常的poly(A)尾长度分布。这直接证明了PAN2-PAN3复合体在体内负责维持特定发育阶段mRNA poly(A)尾的稳态。
Loss of Pan2leads to a global reduction in translation efficiency and altered proteome.
Ribo-lite分析显示，Pan2缺失的圆形精子细胞整体翻译效率显著下降。与此对应，质谱分析发现了广泛的蛋白质组改变，许多与精子细胞分化相关的通路（如鞭毛组装、顶体形成等）所需蛋白表达受损。这建立了从poly(A)尾紊乱到翻译抑制再到功能性蛋白缺失的因果链条。
PAN2 interacts with cytoplasmic poly(A)-binding protein and translation initiation factors.
为了探究PAN2如何影响翻译，研究人员通过内源性IP-MS技术寻找其相互作用伙伴。结果显示，PAN2与细胞质poly(A)结合蛋白PABPC1以及多个翻译起始因子，如真核翻译起始因子4E（EIF4E）、EIF4A1和EIF5A存在相互作用。在Pan2敲除细胞中，这些关键翻译机器的蛋白水平也发生了下降，提示PAN2可能通过维持这些因子的稳定性来保障翻译机构的正常运转。
本研究得出结论，PAN2-PAN3复合体在小鼠精子发生过程中扮演了“守门员”与“调度员”的双重角色。它通过精准修剪mRNA的poly(A)尾，维持其阶段特异性稳态，进而保障了整体翻译效率。PAN2通过与PABPC1及核心翻译起始因子（如EIF4E、EIF4A1、EIF5A）的相互作用，稳定了翻译 machinery，从而驱动了精子细胞分化所需蛋白质组的正确表达。缺失PAN2会导致poly(A)尾紊乱、翻译全局抑制、关键蛋白合成受阻，最终致使精子发生停滞和雄性不育。这项研究不仅首次在活体哺乳动物模型中明确了PAN2-PAN3复合体不可或缺的生理功能，将mRNA poly(A)尾的动态调控与细胞命运决定（精子发生）紧密联系起来，也极大地拓展了我们对特定生理过程中转录后调控机制的理解。该成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）期刊，为从翻译调控层面理解男性不育的病因提供了新的理论视角和潜在的研究靶点。
