PP1γ1不能替代哺乳动物特有的PP1γ2异构体支持雄性生育力和精子功能

丝氨酸-苏氨酸磷酸酶有四种旁系同源物——PP1α、PP1β、PP1γ1和PP1γ2——由三个基因编码，即Ppp1ca、Ppp1cb和Ppp1cc。蛋白磷酸酶PP1γ2是Ppp1cc基因的两种异构体之一，在睾丸的生精细胞和精子中表达，而PP1γ1存在于体细胞中。这两种PP1γ异构体仅存在于哺乳动物中，由选择性剪接形成，除了C末端外完全相同。在小鼠中，Ppp1cc的全球或睾丸敲除会导致雄性不育，原因是精子释放和精子发生中期至晚期被破坏。由睾丸特异性启动子驱动，在分化的生精细胞中转基因表达PP1γ2，可以挽救Ppp1cc缺失小鼠的精子发生和生育力。为什么PP1γ2是必需的，并且只存在于哺乳动物精子中，目前仍是一个谜。我们生成了一种敲入小鼠，其Ppp1cc基因经过编辑，仅表达PP1γ1。敲入小鼠的精子发生是正常的。敲入小鼠睾丸中表达的PP1γ1和野生型小鼠中的PP1γ2以等量掺入精子中。携带PP1γ1的精子鞭毛搏动幅度和活力降低，雄性小鼠严重亚不育。尽管在野生型小鼠中，PP1γ2同时存在于头部和尾部，但在敲入小鼠中，PP1γ1不存在于精子头部，导致精子内蛋白磷酸酶格局改变。精子蛋白的磷酸化蛋白质组学分析提出了PP1γ1功能受损的可能分子基础：它确定了已知的PP1底物GSK3α在敲入精子中失调。这项研究为PP1γ2对雄性生育力的异构体特异性需求提供了初步解释。