精子发生是一个复杂且有序的细胞增殖与分化过程，受到多种因素的调控。其中，piRNA作为一种在生殖细胞中特异性表达的小非编码RNA具有十分显著的调控精子发生的功能。piRNA与PIWI蛋白结合形成复合物，通过转座子抑制，降解精子发生关键基因mRNA以及翻译激活等机制调控雄性生殖细胞发育。研究表明PIWI蛋白缺失或者突变将导致雄性小鼠以及人类男性不育的发生。PIWI蛋白的C端区域具有多个保守结构域，这些结构域能够结合piRNA并行使核酸内切酶的功能。然而，PIWI蛋白N端结构域的功能一直缺乏研究。不同类型的PIWI蛋白N端均含有保守的富含精氨酸的区域（RG-motif）。RG-motif可以与TUDOR结构域蛋白家族成员（TDRD）相互作用，但是PIWI蛋白RG-motif在体内的生理功能一直未知，RG-motif如何在生殖细胞内引导PIWI蛋白参与piRNA生成以及精子发生调控有待研究。

2023年11月，同济大学生命科学与技术学院丁德强教授课题组与密歇根州立大学Chen Chen教授课题组合作在PLOS Genetics杂志上在线发表题为MIWI N-terminal RG motif promotes efficient pachytene piRNA production and spermatogenesis independent of LINE1 transposon silencing的研究论文，揭示了MIWI蛋白N-端RG-motif在piRNA生成和精子发生中的重要功能。这一研究成果进一步突出了微小蛋白质motif在生育调节中的重要功能。

为了研究PIWI蛋白RG-motif的生理功能，研究人员将小鼠PIWI蛋白之一的MIWI/PIWIL1中保守的RG-motif进行了突变，将RG-motif中的精氨酸突变成赖氨酸（MIWI^RK）。研究发现MIWI^RK突变特异性地降低了MIWI 蛋白与TDRKH的相互作用，而对MIWI与其他TDRD蛋白家族成员的相互作用影响不大。这一结果证明不同的TDRD蛋白与MIWI相互作用的位点以及机制不同。为了研究N端RG-motif在小鼠生殖细胞内的生理功能，研究人员构建了MIWI^RK突变小鼠。研究显示雄性MIWI^RK突变小鼠不育，睾丸组织变小。组织染色结果表明MIWI^RK突变小鼠的精子发生出现停滞，无法产生成熟精子。这些结果表明MIWI蛋白N端RG-motif对于维持MIWI蛋白在精子发生中的重要调节功能是必需的。进一步研究表明MIWI^RK突变小鼠粗线期piRNA生成出现缺陷。造成这一结果的原因是MIWI^RK突变在生殖细胞中减弱了MIWI与TDRKH的相互作用，从而使MIWI不能通过与TDRKH的相互作用被募集到piRNA加工复合物中参与piRNA生成。

MIWI蛋白具有RNase H的活性，能够以piRNA为引导，识别并切割转座子mRNA，从而抑制转座子活性并维持基因组稳定。令人意外的是，MIWI^RK突变虽然导致精子发生停滞以及piRNA生成效率的降低，但是并没有影响MIWI蛋白抑制转座子的活性。这一结果表明，MIWI的N端RG-motif并不参与MIWI蛋白对转座子mRNA的识别以及切割降解。虽然MIWI^RK突变导致piRNA生成量下降，但残余的piRNA仍然能够保证转座子抑制的正常进行。由于MIWI^RK突变小鼠转座子并没有高表达，但仍然出现了精子发生停滞的表型，这一结果表明MIWI主要是通过调控关键基因的表达，而非抑制转座子来促进精子发生的正常进行。

密歇根州立大学魏超博士以及同济大学景炅婕博士为本文共同第一作者。密歇根州立大学Chen Chen教授以及同济大学丁德强教授为本文共同通讯作者。本研究得到国家自然基金委面上项目以及上海市科委面上项目资助。