Nat Commun丨Poly(A)尾测序应用：范衡宇团队揭示PAN2在小鼠精子形成中维持mRNA尾长稳态并调控蛋白质翻译

真核细胞中mRNA的3’端多聚腺苷酸（poly(A)）尾的长度动态变化是基因表达调控的核心环节。mRNA的降解通常起始于poly(A)尾的缩短，这一过程主要由胞质中的多聚腺苷酸特异性核糖核酸酶（PAN2-PAN3）复合体与CCR4-NOT复合体协同完成。

在哺乳动物中，poly(A)尾的稳态长度维持在80至110个核苷酸左右，反映了降解与延伸之间的精细平衡。精子发生是一个高度复杂的发育过程，涉及有丝分裂、减数分裂及精子形成，期间伴随着剧烈的染色质重塑与转录活性的关闭。

由于精子形成后期转录完全停止，细胞必须依赖预先转录的mRNA进行翻译，因此翻译调控对于精子分化至关重要。然而，目前关于PAN2-PAN3复合体在哺乳动物精子发生中的具体生理功能及其对翻译调控的影响机制尚不明确。

近日，浙江大学范衡宇团队在Nature Communications上发表了题为“PAN2 maintains mRNA poly(A) tail homeostasis and regulates translation during spermiogenesis in mice”的研究论文。本研究发现PAN2是维持精子形成过程中mRNA poly(A)尾稳态的关键酶，其缺失会导致poly(A)尾长度失调，进而引发翻译效率下降及关键翻译起始因子稳定性受损。

文章索引

【标题】PAN2 maintains mRNA poly(A) tail homeostasis and regulates translation during spermiogenesis in mice

【发表期刊】Nature Communications

【发表日期】2026年2月19日

【作者及团队】浙江大学范衡宇团队

【IF】18.1

研究结果

一、PAN2对小鼠精子发生和雄性生育力至关重要

RT-qPCR和蛋白质印迹分析显示Pan2在小鼠睾丸中高表达，PAN2蛋白富集于睾丸细胞的细胞质中。

将Pan2条件敲除小鼠与Stra8-Cre小鼠杂交获得生殖细胞特异性敲除小鼠后，交配实验证实突变雄性完全不育，睾丸重量从4周龄起显著低于对照组。

二、Pan2缺失导致生殖细胞凋亡和精子发生异常

组织学和TUNEL染色显示突变小鼠生精小管中缺乏长形精子，出现大量凋亡的圆形精子细胞，附睾中仅见脱落的圆形精子细胞而无成熟精子。

染色体铺片分析表明减数分裂前期Ⅰ各阶段、联会复合体形成和交叉重组均正常。

三、Pan2缺失对圆形精子细胞转录组影响轻微

对中期Ⅱ（MII）精母细胞和圆形精子细胞（RS）进行Smart-seq2转录组测序，发现MII期仅有225个基因差异表达，RS期有1347个基因差异表达。

Sankey图显示在野生型中从MII到RS期下调的大部分转录物在Pan2缺失的RS期异常上调。

四、Pan2缺失导致精子发生过程中长尾mRNA数量增加及整体poly(A)尾长度紊乱

Poly(A)尾测序分析显示，Pan2缺失的RS期长poly(A)尾mRNA比例显著增加，而野生型从MII到RS期的poly(A)尾动态重塑过程在突变体中丧失。

差异多聚腺苷酸化基因（DPG）分析发现大量基因的poly(A)尾在Pan2缺失的RS中出现异常延长或缩短。

五、PAN2调控参与翻译和精子发生的关键蛋白质

定量蛋白质组学鉴定出1884个蛋白在Pan2缺失的RS中显著下调。

GO功能富集分析显示这些蛋白与精子分化、纤毛组装、微管细胞骨架和翻译相关，其中雄性生育相关蛋白NEK1、ARMC3和RNF216的poly(A)尾长度变化与其蛋白水平下降相一致。

六、PAN2与翻译相关蛋白质相互作用

IP-MS分析鉴定出785个潜在PAN2相互作用蛋白，包括poly(A)结合蛋白1（PABPC1）、真核翻译起始因子4E（EIF4E）、真核翻译起始因子4A1（EIF4A1）和真核翻译起始因子5A（EIF5A）。

RNA下拉实验证实更长poly(A)尾序列能够结合更多PABPC1。

七、Pan2缺失导致圆形精子细胞阶段mRNA翻译效率受损

Ribo-seq核糖体印迹分析显示3039个基因的翻译效率（TE）在Pan2缺失的RS中显著下降，其中PABPC1靶基因的翻译效率整体降低，且大部分PABPC1靶基因在Pan2缺失后发生poly(A)尾异常变化。

总结

本研究通过多组学分析揭示了PAN2在小鼠精子变形过程中通过剪裁poly(A)尾来维持RNA稳态的关键作用。研究阐明了PAN2通过保障翻译机器的稳定性和多聚核糖体的高效翻译，确保精子发育相关蛋白的精准合成，为理解翻译调节与男性不育提供了新见解。

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新使生物NeoRibo长期专注于翻译组学技术研发与应用，已构建覆盖核糖体翻译、tRNA解码、RNA修饰及Poly(A)尾调控等多个层面的技术体系，提供从整体翻译活性、基因翻译效率到密码子分辨率翻译行为的系统解决方案，全面解析转录后及翻译过程中的精细调控机制。