Usp26 KO

产品编号：C001266

品系背景：C57BL/6N

繁殖：纯合×纯合

品系描述

泛素特异性蛋白酶26（Ubiquitin-Specific Protease 26, USP26），是泛素化特异加工蛋白酶家族的一员，是一种具有组氨酸（His）和半胱氨酸（Cys）结构域的去泛素化酶。USP26基因在睾丸组织以及血睾屏障中特异性表达，在精子发生过程中减数分裂前的精原细胞中表达，包括原始A型、Ap型和B型精原细胞。与USP26相关的疾病主要为男性不育，包括弱畸精子症、非梗阻性无精子症（NOA）、唯支持细胞综合征（Sertoli cell-only syndrome, SCOS）和克氏综合征（Klinefelter syndrome, KS）。该品系纯合小鼠是可存活的；纯合雄鼠不育。

构建方式

该基因位于X染色体上，通过基因编辑技术敲除了Usp26基因的Exon 9。

研究应用

Usp26 KO小鼠可用于克氏综合征等小鼠精子发生缺陷相关的雄性生育力低下的研究。

文献解读

Liu C, Liu H, Zhang H, Wang L, Li M, Cai F, Wang X, Wang L, Zhang R, Yang S, Liu W, Liang Y, Wang L, Song X, Su S, Gao H, Jiang J, Li J, Luo M, Gao F, Chen Q, Li W, Chen ZJ. Paternal USP26 mutations raise Klinefelter syndrome risk in the offspring of mice and humans. EMBO J. 2021 Jul 1;40(13):e106864.

• 研究背景

克氏综合征（Klinefelter syndrome，KS）是由于男性有两条或两条以上的X染色体所致的疾病，其主要症状包括睾丸小而坚硬、男性乳房发育不良、少精或无精等。目前认为，KS是在减数分裂过程中随机发生的，其起源是否有遗传基础尚不明确。已有研究表明，KS中额外的X染色体可能来自母亲或父亲，并且KS有强烈的父系起源倾向。作者在本文中对USP26的突变在父系起源的KS中发挥的作用进行了研究。

• 技术路线

通过对KS患者进行WES测序发现USP26突变可能导致父系起源的KS。

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构建Usp26 KO雄鼠并与ICR雌鼠繁育，与6月龄的Usp26^-/Y雄鼠交配的雌鼠中约有20%产生了XXY后代。

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通过分析6月龄Usp26^-/Y雄鼠的精子形成过程发现Usp26的突变会扰乱性染色体的配对，最终导致产生XXY后代。

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通过对Tex11 KO雄鼠的性染色体检测发现Usp26可能通过影响Tex11蛋白的稳定性来扰乱性染色体配对。

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通过FISH分析以及STR多态性连锁分析发现父本USP26的突变会增加后代患KS的风险，人类USP26的突变可能与具有年龄依赖性的少精子症相关。

• 动物实验

作者通过对KS患者进行基因测序，发现USP26基因突变可能导致父系起源的KS。为进一步研究，作者构建了三种突变类型的Usp26杂合缺失小鼠（16bp，163bp，2664bp缺失）。经繁育后发现与2月龄的Usp26^-/Y雄鼠（163bp缺失）交配的雌鼠不产生XXY后代，而与6月龄的Usp26^-/Y雄鼠交配的雌鼠中约有20%产生了XXY后代。随着Usp26^-/Y雄鼠（163bp缺失）年龄的增长，与其配繁的雌鼠的产仔数减少并且XXY后代数量增加。     

为进一步确定Usp26的影响，作者分析了6月龄Usp26^-/Y雄鼠（163bp缺失）的精子发生过程，发现Usp26的缺失会导致性染色体的不配对。并且在6月龄的Usp26 KO（16bp）和Usp26 KO（2664bp）小鼠（其中，2664bp缺失小鼠由赛业生物提供，产品编号：S-KO-15394）中均可检测到不配对的性染色体（图1）。结果表明Usp26的缺失会导致性染色体不配对，进而导致产生更高比例的XY和O型精子，但Usp26的敲除对常染色体的分离影响很小。 

图1. 在6月龄的Usp26 2664del小鼠中也可检测到不配对的性染色体。

进一步的，作者通过HEK293T细胞共免疫沉淀实验发现Usp26介导的Tex11去泛素化促进了Tex11的稳定性，而在Usp26^-/Y小鼠的睾丸中Tex11的蛋白水平显著降低（图3A-C）。因此，构造Tex11 KO小鼠（赛业生物提供）作进一步研究，WB结果显示该模型中Tex11的表达几乎完全缺失（图2D-E）。作者在Tex11^-/Y的精母细胞中发现其性染色体不配对（图3D-G），并且在Tex11^-/Y小鼠的一些精管中仍存在处于Ⅰ期的精母细胞和精子（图2F-G）。结合在Tex11^-/Y的精母细胞中观察到的染色体滞后的纺锤体（图3H-I），作者推测其性染色体的分离也可能导致出现XY型精子。经检验，作者在Tex11^-/Y小鼠中检测到XY型精子（图3J），这表明Tex11或Usp26的突变均可扰乱性染色体的配对，产生XY精子，并且USP26可能通过稳定TEX11蛋白来参与性染色体的配对。

图2. Tex11^-/Y小鼠中Tex11的表达几乎完全缺失,精管中仍存在处于Ⅰ期的精母细胞和精子。

图3. Usp26介导的Tex11去泛素化促进了Tex11的稳定性，而在Usp26^-/Y小鼠的睾丸中Tex11蛋白水平显著降低。Tex11^-/Y小鼠也产生了XY型精子。

综上，该研究揭示了Usp26的缺失会增加后代患KS的风险，Usp26功能受损会扰乱性染色体配对，产生XY型精子，最终导致产生XXY后代。此外，作者推测USP26可能通过影响TEX11蛋白的稳定性来干扰性染色体配对。

注意事项

Usp26 KO雄性小鼠产生XXY后代的比例变化很大，因此Usp26 KO并不绝对在其后代中产生XXY小鼠（如图1G)。