前言

       近期，來自四川大學華西二院生殖遺傳實驗室許文明教授團隊與鄧東教授，四川省婦幼保健院劉偉信教授合作在Cellular and Molecular Life Sciences雜志上發(fā)表了題為 “Metabolic profiling identifies Qrich2 as a novel glutamine sensor that regulates microtubule glutamylation and mitochondrial function in mouse sperm”的文章，深入探討了QRICH2蛋白在精子發(fā)育過程中的作用，尤其是在谷氨酰胺代謝、微管穩(wěn)定性與線粒體功能中的調(diào)控作用。在本次研究中，作者基于瑞明生物的實時單細胞多功能分析儀，發(fā)現(xiàn)敲低QRICH2的細胞中線粒體功能下降，與QRICH2氨基末端純化蛋白或谷氨酰胺共培養(yǎng)后細胞的熒光有提高，說明部分細胞的線粒體功能得到挽救。單細胞代謝分析能夠提供細胞代謝活動更高分辨率的數(shù)據(jù)，這對于理解細胞內(nèi)部代謝過程及其調(diào)控機制具有重要意義。此外，這種分析方法還可以幫助識別不同細胞之間的代謝差異。

文獻解讀

Literature interpretation

       研究表明,QRICH2在小鼠精子微管谷氨?；途€粒體功能調(diào)節(jié)中的具體作用機制主要體現(xiàn)在以下幾個方面:

       1.谷氨?；降恼{(diào)節(jié)：QRICH2作為一種新型的谷氨?；瘋鞲衅鳎軌蚋兄劝滨０罚℅ln）和谷氨酸（Glu）的濃度變化。QRICH2的缺失會導致精子微管的谷氨?；浇档?，從而影響微管的穩(wěn)定性。這種谷氨?；臏p少直接導致了精子鞭毛的組裝失敗，進而影響精子的運動能力。

       2.線粒體功能的影響：QRICH2的表達與精子中的線粒體功能密切相關。QRICH2缺失的小鼠精子中，線粒體膜電位降低，特定的活性氧種類（ROS）水平升高，這些變化都與精子的運動能力下降有關。線粒體的功能障礙會影響能量的產(chǎn)生，進而影響精子的活力和運動能力。

       3.精子運動能力和受精能力的影響：由于QRICH2在調(diào)節(jié)微管谷氨?；途€粒體功能方面的作用，其缺失導致的微管不穩(wěn)定和線粒體功能障礙最終導致精子運動能力的顯著下降。這種運動能力的降低直接影響了精子的受精能力，可能導致不育。

       綜上所述，QRICH2通過調(diào)節(jié)微管的谷氨?；胶途€粒體的功能，影響小鼠精子的運動能力和受精能力?？傊芯拷沂玖苏５腉ln/Glu代謝在維持精子微管結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性中的重要性，并指出QRICH2作為潛在的谷氨酰胺傳感器在這一過程中發(fā)揮關鍵作用。

圖1. Qrich2 KO小鼠精子的線粒體功能評估結(jié)果。 WT,野生型；Qrich2 KO，Qrich2敲除；NC，正常對照；QRICH2-SH,QRICH2敲低；N domain，QRICH2 N-端結(jié)構(gòu)域蛋白,5 μg/ml。A.JC1染色表明Qrich2 KO小鼠的精子線粒體膜電位顯著降低。上圖中的方框顯示了高線粒體膜電位的細胞；下圖中的方框顯示了低線粒體膜電位的細胞。N=3，每個實驗分析5000-10000個細胞。B.Mitotracker染色表明Qrich2 KO小鼠的精子線粒體活性顯著降低。橫軸代表熒光強度，縱軸代表精子數(shù)量。N=3，每個實驗分析5000-10000個細胞。C.實時單細胞代謝分析，使用5 μm光探針檢測到單個細胞的熒光信號（左圖）。在體外用QRICH2 N-端結(jié)構(gòu)域蛋白（5 μg/ml）孵育2小時后，部分恢復了QRICH2敲低引起的線粒體功能降低。圖中顯示了細胞數(shù)量，每組分析的細胞數(shù)分別為8、16、20和15。

技術(shù)簡介

Technical Introduction

實時單細胞多功能分析儀

       單細胞研究對于理解細胞的組成、生理行為與功能的多樣性具有重要意義，為基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白組、代謝組等組學更高維度的分析提供了有力工具。

實時單細胞多功能分析儀主要性能有:

高時空分辨率：可以在亞細胞水平（細胞質(zhì)、細胞核）原位、定量檢測。

多功能檢測：可以檢測單個活細胞內(nèi)的百余種小分子含量（如乳酸、ATP、ROS等）及酶活性（葡萄糖甘酶等）。

細胞器提?。簛喖毎教崛〖毎?；也可將藥物或其它物質(zhì)微創(chuàng)注入細胞內(nèi)。組織和活體：動態(tài)監(jiān)測多種生理信號變化（如針灸研究，腦神經(jīng)研究等）。

應用拓展---線粒體

       線粒體的功能狀態(tài)與線粒體膜電位、線粒體膜通道、線粒體Ca2+濃度、ATP生成、呼吸鏈復合體活性、活性氧生成以及DNA突變密切相關。線粒體與其他細胞器的相互作用可以調(diào)節(jié)細胞的命運和功能（線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)接觸調(diào)節(jié)鈣信號、氧化還原信號、線粒體動力學和質(zhì)量控制、脂代謝和未折疊蛋白反應；線粒體-溶酶體的接觸調(diào)節(jié)線粒體和溶酶體的動力學和鈣信號）。

       基于實時單細胞多功能分析儀可實現(xiàn)ROS、Ca2+、線粒體超氧化物、線粒體膜電位、線粒體膜通透性轉(zhuǎn)換孔（mPTP）、細胞衰老β-半乳糖苷酶檢測、ATP、谷胱甘肽、丙酮酸、乳酸、乳酸脫氫酶、細胞色素C等相關指標的檢測，為線粒體的研究提供單細胞及亞細胞維度上的數(shù)據(jù)支撐。同時基于該設備的超微量提取注射功能，可實現(xiàn)單細胞線粒體、溶酶體提取，并結(jié)合測序、PCR或質(zhì)譜等技術(shù)進行下游分析，獲取更為精準的數(shù)據(jù)結(jié)果。

應用拓展---氨基酸代謝

       氨基酸代謝的異常與眾多疾病的發(fā)生和發(fā)展密切相關,越來越多的研究表明氨基酸在疾病代謝中具有重要的作用. 基于實時單細胞多功能分析儀可實現(xiàn)氨基酸代謝途徑相關激酶及代謝產(chǎn)物檢測，如色氨酸、谷氨酸、天冬氨酸等，為氨基酸代謝研究提供單細胞及亞細胞維度上的數(shù)據(jù)支撐。