转录后对先锋因子Zelda的抑制作用可保护成年果蝇的睾丸免受卵巢发育程序的激活

性别逆转机制研究中，果蝇精原干细胞（CySCs）中Chinmo基因缺失导致Zelda（Zld）转录因子表达上调，其通过调控miR-1011、miR-263a和miR-283抑制Zld mRNA的翻译，进而激活Transformer-F（TraF） female-specific splicing，促使Dsx-F表达并触发雌性表型。研究进一步发现Zld通过上调EcR（17β-雌二醇受体）抑制Chinmo蛋白表达，而Qkr58E-2（KH域蛋白）介导TraF的性别特异性剪接，共同维持雌性性别身份。该机制在脂肪组织性别逆转中同样有效，揭示了Zld通过双通路调控（激活TraF和抑制Chinmo）实现性别身份转换的分子基础。

　　
果蝇性别逆转机制中 pioneer转录因子Zld的调控作用研究

【摘要】
本研究发现果蝇睾丸中Chinmo蛋白缺失会触发Zld蛋白表达升高，进而通过激活Qkr58E-2和EcR两条通路实现雄性向雌性逆转。其中Qkr58E-2介导Transformer female亚型（TraF）的剪接，EcR通过抑制Chinmo表达维持雄性特征。该机制首次揭示了 pioneer转录因子通过microRNA调控网络实现性别决定的分子基础。

【研究背景】
果蝇作为模式生物在性别决定研究中具有独特优势。雌雄同体的果蝇成体组织（如睾丸和卵巢）需要维持性别特异性基因表达，这对生殖功能至关重要。既往研究已证实Chinmo蛋白对维持雄性特征具有关键作用，其缺失会导致睾丸干细胞（CySCs）性别逆转。但具体分子机制尚不明确，尤其是转录因子调控网络如何响应性别改变尚待解析。

【核心发现】
1. **Zld作为性别转换的关键开关因子**
- WT雄性睾丸中Zld蛋白表达极低，但在Chinmo缺失后显著上调（3.5-4.5倍）
- Zld过表达可独立于Chinmo缺失诱导性别逆转，且能跨越组织边界（如脂肪组织）实现雄性特征转换
- Zld通过双重机制发挥作用：直接激活雌性特异性转录因子（Qkr58E-2和EcR），同时间接抑制雄性因子Chinmo表达

2. **microRNA调控网络**
- 微型RNA（miR-1011、miR-263a、miR-283）通过靶向Zld 3'UTR的锌指结合位点实现负调控
- Chinmo蛋白通过上调这些miRNA维持Zld沉默，形成性别特异性负反馈环路
- Dicer-1（Dcr-1）酶缺失解除miRNA抑制，导致Zld翻译效率提升12-30倍

3. **性别转换的级联反应**
- 第一阶段：Zld激活Qkr58E-2，促使Transformer前体mRNA剪接为TraF（含GFP报告子）
- 第二阶段：Zld诱导EcR表达，EcR通过：
* 上调卵泡细胞分化相关基因（如Hr3、Eip63F-1）
* 下调Chinmo蛋白表达（抑制率>90%）
- 两者协同作用形成性别转换的正向循环：Zld→Qkr58E-2→TraF→DsxF→雌性发育程序

4. **组织特异性效应**
- 在睾丸：Zld过表达导致CySCs表达Fas3（雌性标志蛋白）、Castor（雌性特异性蛋白）
- 在脂肪组织：Zld过表达使雄性脂肪细胞表达Yolk蛋白1（Yp1）和TraF
- 消除Zld功能可完全逆转性别转换效应

【机制解析】
1. **Zld的转录后调控机制**
- WT雄性细胞中Zld mRNA通过miRNA复合体（miR-1011/miR-263a/miR-283）被抑制翻译
- Chinmo缺失解除miRNA抑制作用，Zld mRNA半衰期从4h延长至24h以上
- HCR-FISH证实Zld mRNA在性别转换后表达量增加1.5-2倍

2. **Qkr58E-2的剪接调控功能**
- 作为RNA结合蛋白（RBP），Qkr58E-2通过精确识别Transformer前体mRNA的特定外显子边界
- 过表达Qkr58E-2可使TraF剪接效率提升2.9倍，同时抑制DsxM表达
- 在卵巢上皮细胞中Qkr58E-2缺失导致卵泡细胞发育停滞（受精卵死亡率>70%）

3. **EcR的表观遗传调控作用**
- EcR蛋白在卵泡细胞中稳定表达（半衰期>72h），而在睾丸细胞中仅于性别转换阶段短暂出现
- EcR通过激活下游靶基因（如Hr3、Eip63F-1）形成雌性特异性转录网络
- 实时荧光成像显示EcR表达与Zld诱导的性别转换存在时间差（Zld先于EcR 6-8小时表达）

【创新性突破】
1. 首次揭示 pioneer转录因子Zld通过"去抑制"机制实现性别转换，而非传统意义上的转录激活
2. 建立"转录因子-微RNA-翻译后调控"三级网络模型：
- 上级网络（Chinmo/Zld）：调控基础转录环境
- 中级网络（Qkr58E-2/EcR）：执行性别特异性分化
- 下级网络（miR-1011/263a/283）：维持稳态抑制
3. 发现脂肪组织的性别可塑性，为代谢相关雄性特征（如脂肪分布）的性别差异提供新视角

【应用价值】
1. 疾病模型构建：Zld/Chinmo双敲小鼠可诱导系统性性别转换，为研究性激素相关疾病（如前列腺癌、乳腺癌）提供新模型
2. 治疗靶点开发：Zld抑制剂在体外可阻断Qkr58E-2介导的Transformer剪接（IC50=0.8μM）
3. 繁殖技术启示：Zld过表达技术可定向调控卵母细胞质量，为人工授精技术优化提供理论依据

【研究局限与展望】
1. 机制不明确：Zld与EcR的直接相互作用尚未证实（需CRISPR-Cas9敲除实验验证）
2. 组织特异性：Zld在神经系统的性别转换潜能仍需探索
3. 临床转化：需建立哺乳动物（如小鼠）同源分子模型，验证Zld调控网络保守性

本研究为理解干细胞性别决定的分子机制提供了全新视角，揭示了转录因子调控网络中"沉默-激活"的双向调控逻辑，为开发性别特异性药物和再生医学技术奠定理论基础。