人類精子中具有*的DNA簽名

英國科學家在人類精子中發現了一個*的“DNA簽名”，這也許充當了打開卵子受精和觸發新生命之鎖的金鑰匙。研究人員發現，精子會寫入一個僅能由同一物種卵子才能識別的DNA簽名，如此該物種才能受孕。此項發現也許可用來解釋一個物種是如何形成其*遺傳特性的。

英國利茲大學的大衛·米勒博士、大衛·埃勒斯與布拉德福德大學的馬丁·布林克沃思博士在該項研究上進行了合作。埃勒斯稱，在哺乳動物的精子中發現的這種此前從未被認識到的DNA簽名包裝，也許對卵子的成功受精和胚胎發育來說是至關重要的，而且這也可能是古人類的起源。

研究人員表示，如果沒有這把鑰匙，受精就不會成功；抑或即便受精成功，發育也無法正常進行。值得注意的是，發生在人類精子DNA包中的紊亂已知會造成男性不育癥或是妊娠失敗。這種“一把鑰匙開一把鎖”的機制還有其他深刻影響。它不僅解釋了為什么一些男性會產生不育的精子，也說明了不同物種是如何進化和保留其自己的身份的。

米勒博士表示，到目前為止，醫生們一直無法了解特發性男性不育癥的原因，此項研究為了解為什么一些精子會出現失效或無法正常運行的情況提供了一個合理的解釋。

如果將一個精子細胞的DNA進行釋放和拉伸，其實際長度將超過1米。為了適應精子細胞頭部的微小空間，這些DNA就需要非常緊密地纏繞或包裹在一起。利茲大學的研究表明，在人類和小鼠的精子中，并不是所有的DNA都以同樣的方式進行包裝。絕大部分父系DNA以極其緊密的方式被壓縮，但也有一些DNA的包裝并不緊密。

埃勒斯博士解釋說，在精子細胞中，DNA的包裝具有確定的模式。研究發現，這種模式在具有生育能力的毫不相干的男性中都是一樣的，但在無法生育的男性精子中則是不同的。這就意味著，DNA包裝與男性生育力之間具有非常明顯的直接相關性。

對那些開放式的、不太緊密的包裝構造中的DNA進行詳細分析后的結果表明，DNA攜帶了大量活躍基因的重要信息，而這些活躍基因對引導胚胎發育是至關重要的。進一步的研究顯示，在一些無關的捐贈者的精子中也存在著同樣的構造，該構造與小鼠精子中存在的包裝模式具有非常高的相似性。

因此，在開放構造中的DNA區域要比緊密構造中的DNA區域更易受到毒素（如香煙煙霧或某些抗癌藥物）的侵害。這也可能意味著，引發精子遺傳損害的任何可能都會對胚胎發育造成重大影響。

此項發現也有助于解釋為什么跨物種之間的繁育幾乎無法成功。兩個物種之間的“鎖”和“鑰匙”無法匹配，因此要孕育出后代就無法實現。雖然有一些特例，如馬和驢也能孕育后代，但由于其精子和卵子的簽名不能匹配，導致胚胎的發育不正常，因此孕育出的后代也幾乎都是不孕的。

研究人員認為，同樣的機制也必定在人類的進化進程中發揮了作用。在人類的古代歷史中，尼安德特人和現代人共存了數千年。這兩個密切相關的物種間的性行為是無法排除的，但沒有證據表明，在我們的DNA中有任何這種交配的殘留物。雖然他們之間可能曾有過后代，但這些后代都無法存活太久；即便這些后代活了下來，他們也無法繁育。

原始出處：

Genome Research July 7, 2009, doi:10.1101/gr.094953.109

Endonuclease-sensitive regions of human spermatozoal chromatin are highly enriched in promoter and CTCF binding sequences

Ali Arpanahi1, Martin Brinkworth2, David Iles3,7, Stephen A. Krawetz4, Agnieszka Paradowska5, Adrian E. Platts4, Myriam Saida1, Klaus Steger5, Philip Tedder6 and David Miller1,7

1Reproduction and Early Development Unit, Leeds Institute of Genetics and Health Therapeutics, University of Leeds, Clarendon Way, Leeds LS2 9JT, United Kingdom;
2Biomedical Sciences, School of Life Sciences, University of Bradford, Bradford BD7 1DP, United Kingdom;
3Institute of Integrative and Comparative Biology, Faculty of Biological Sciences, University of Leeds, Leeds LS2 9JT, United Kingdom;
4Department of Obstetrics and Gynecology, Center for Molecular Medicine and Genetics, Wayne State University School of Medicine, Detroit, Michigan 48201, USA;
5Department of Urology and Pediatric Urology, Justus Liebig University Giessen, Giessen 35385, Germany;
6Institute of Molecular and Cellular Biology, University of Leeds, Leeds LS2 9JT, United Kingdom

During the haploid phase of mammalian spermatogenesis, nucleosomal chromatin is ultimay repackaged by small, highly basic protamines to generate an extremely compact, toroidal chromatin architecture that is critical to normal spermatozoal function. In common with several species, however, the human spermatozoon retains a small proportion of its chromatin packaged in nucleosomes. As nucleosomal chromatin in spermatozoa is structurally more open than protamine-packaged chromatin, we considered it likely to be more accessible to exogenously applied endonucleases. Accordingly, we have used this premise to identify a population of endonuclease-sensitive DNA sequences in human and murine spermatozoa. Our results show unequivocally that, in contrast to the endonuclease-resistant sperm chromatin packaged by protamines, regions of increased endonuclease sensitivity are closely associated with gene regulatory regions, including many promoter sequences and sequences recognized by CCCTC-binding factor （CTCF）. Similar differential packaging of promoters is observed in the spermatozoal chromatin of both mouse and man. These observations imply the existence of epigenetic marks that distinguish gene regulatory regions in male germ cells and prevent their repackaging by protamines during spermiogenesis. The ontology of genes under the control of endonuclease-sensitive regulatory regions implies a role for this phenomenon in subsequent embryonic development.