精子发生是一个受到精密调控的发育过程，涉及多个关键事件，包括细胞核的伸长与浓缩、顶体与鞭毛的形成以及多余细胞质的清除，所有这些均由高度协调的分子与生化机制所调控。该过程的一个核心环节是染色质重塑，通常称为组蛋白-鱼精蛋白转换，这是细胞核伸长与浓缩所必需的。

在此转换过程中，组蛋白首先会掺入特定的组蛋白变体，例如H2A.L.2和TH2B，这些变体促进了过渡蛋白（TNPs）TNP1和TNP2与染色质的结合。随后，这两种过渡蛋白协助募集并加工鱼精蛋白（PRMs）PRM1和PRM2，最终取代组蛋白和过渡蛋白，使得鱼精蛋白成为浓缩精子基因组中的主要包装蛋白。

这一变化显著减少了细胞核体积，形成了一个紧凑且流线型的细胞核，这是男性生育力的必要条件。若此转换过程中发生任何干扰，则可能导致精子染色质浓缩异常，通常伴随形态异常和运动能力受损，最终损害受精与早期胚胎发育。

组蛋白与过渡蛋白的清除是染色质重塑的关键步骤。新近研究表明，组蛋白或过渡蛋白的滞留会导致与精子形态相关的男性不育，在小鼠模型中引起受精失败和胚胎发育停滞。此类表型已在DOT1L、TSSK6、SIRT1或CHD5缺陷的模型中被观察到。虽然泛素-蛋白酶体系统是负责蛋白质降解的主要机制，但调控组蛋白和过渡蛋白酶体降解的分子机制仍不清楚。

RNF8是目前唯一被充分表征的RING结构域泛素E3连接酶，它催化小鼠精子发生过程中组蛋白的泛素化。随后，PHF7被鉴定为一种新型E3连接酶，可特异性泛素化并降解H2A，其缺失会因长形精子细胞中组蛋白异常滞留而导致小鼠雄性不育。迄今为止，尚无研究探讨过渡蛋白TNP1或TNP2的降解机制。此外，人类中组蛋白与过渡蛋白的降解也尚未被探索。

模式机理图（图片源自PNAS）

Cullin（CUL）-RING连接酶（CRL）复合体由多个亚基组成，代表了最广泛的E3泛素连接酶类别，约占蛋白酶体降解的20%。CRL复合体具有一个保守的结构框架，包括一个底物受体、一个CUL蛋白、一个RING-box（RBX）蛋白以及一个衔接蛋白（如SKP1或elongin B/C复合体）。

含有锚蛋白重复序列的SOCS盒蛋白（ASBs）构成了CRL复合体最大的底物受体家族，包含18个成员（ASB1-18）。每个ASB包含两个保守结构域：一个C端的SOCS盒和N端的锚蛋白重复序列。

值得注意的是，多个ASB成员（ASB1、3、4、8、9、12、15、17）在小鼠睾丸中高表达。其中，主要在10-15期精子细胞中表达的ASB1通过SQOR的泛素化参与细胞核塑形，而定位于精子头周围的ASB17则通过促进泛素介导的ESPN降解来维持胞质特化连接。

有趣的是，ASB9在粗线期精母细胞中表达较低，但在浓缩精子细胞中显著增加，提示其在精子重塑中发挥作用。已有研究发现ASB9可结合脑型肌酸激酶（CKB）并在HEK293T细胞中促进其降解。然而，其在精子发生过程中是否参与泛素介导的降解过程尚不明确。

在本研究中，作者于一个有两名男性患者的不育家系中鉴定出一个ASB9功能缺失突变。先证者表现出异常的精子形态，主要表现为头部畸形。透射电子显微镜（TEM）进一步揭示了精子头部染色质松散。作者建立了Asb9基因敲入（KI）和基因敲除（KO）小鼠模型，这些模型均显示出精子头部形态异常和细胞核重塑受损。

这些缺陷归因于组蛋白-鱼精蛋白转换失败，其驱动因素是在ASB9缺陷患者和小鼠的成熟精子中，TNP2异常滞留以及继发的鱼精蛋白（尤其是PRM2）减少。从机制上，作者发现ASB9形成了一个睾丸特异性的TNP2–ASB9–ELOB/C–CUL5–RBX1 CRL复合体，该复合体通过泛素化途径介导TNP2的降解，从而实现成功的组蛋白-鱼精蛋白转换。

因此，该研究鉴定了一个由ASB9介导的E3泛素连接酶复合体，它通过在人鼠精子发生过程中的组蛋白-鱼精蛋白转换阶段降解TNP2，从而促进精子头部染色质重塑。

原文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2522270123