赋能科研 | 华大智造DNBelab C4 单细胞平台赋能，复旦大学发布“表观遗传机制调控减数分裂启动”的研究

2022年4月，复旦大学生命科学学院/粤港澳大湾区精准医学研究院林鑫华团队在 Developmental Cell （IF=13.417）发表了题为 Znhit1 controls meiotic initiation in male germ cells by coordinating with Stra8 to activate meiotic gene expression 的研究论文，并被选为当期封面文章 。该研究报道了染色质重塑因子 Znhit1 与组织特异性转录因子Stra8协同激活减数分裂相关基因表达，发挥调控雄性生殖细胞减数分裂启动的重要作用。该研究中单细胞测序基于华大智造DNBelab C4单细胞建库平台和DNBSEQ测序平台完成。

图 1：本研究被选为当期 Developmental Cell 封面文章

文章题目：Znhit1 controls meiotic initiation in male germ cells by coordinating with Stra8 to activate meiotic gene expression

发表时间：2022年4月11日

发表期刊：Developmental Cell

DOI：10.1016/j.devcel.2022.03.006.

研究背景

Research Background

减数分裂是有性生殖特有的细胞生物学事件，也是配子发生能否正常进行的关键。为了完成减数分裂，生殖细胞需要经过一轮DNA复制，两轮连续的细胞分裂，最终形成染色体数目减半的单倍体配子。在哺乳动物的精子发生过程中，精原细胞先是经历多轮有丝分裂使精原细胞群体得到扩增，之后停止有丝分裂，启动减数分裂进程，所以该过程也称为有丝分裂-减数分裂转换 (mitosis-to-meiosis transition) 或者减数分裂启动 (meiotic initiation)。生殖细胞减数分裂启动是一个受到精准调控的发育过程，需要激活大量减数分裂基因表达，同时伴随染色质结构的动态调整。因此，表观遗传机制是如何调控减数分裂启动这一特殊的细胞命运转变过程，是发育生物学领域重要的科学问题。

研究内容

Research Content

研究者发现，染色质重塑因子Znhit1在小鼠睾丸高表达，并且在精子发生早期存在动态表达特征。为了阐明染色质重塑是否参与调控减数分裂启动，研究者首先构建了在精子发生胚胎期阶段的Znhit1条件性敲除小鼠模型。研究者发现，Znhit1缺失导致小鼠精子发生过程中精母细胞无法形成，最终导致无精症。同时，Znhit1对于精原干细胞的维持和分化不是必需的。

图2：Znhit1缺失损害精子形成

令人意外的是，在不影响减数分裂启动核心转录因子Stra8表达的情况下，Znhit1缺失导致生殖细胞无法启动减数分裂。研究者发现，Znhit1缺失导致多个减数分裂启动的重要事件，包括DNA复制、DNA双链断裂及联会复合体形成等，都无法正常发生。

图3：Znhit1调控减数分裂启动

进一步研究表明，Znhit1通过介导组蛋白变体H2A.Z整合，协同减数分裂启动核心转录因子Stra8，共同调控包括Meiosin在内的减数分裂基因表达。

图4：Znhit1介导的H2A.Z协同转录激活因子Stra8共定位

研究者利用KAS-seq技术表明，Znhit1缺失会破坏减数分裂基因转录泡（transcription bubble）的形成，为理解H2A.Z调控基因表达的分子机理提供了新的思路。

图5：Znhit1调控基因转录泡（transcription bubble）的形成

研究结论

Research Conclusion

本研究使用条件敲除小鼠模型，结合发育生物学和表观遗传组学等研究手段，证明染色质重塑因子Znhit1是减数分裂启动的关键表观遗传调控因子。此项研究提出了染色质重塑与组织特异性转录因子协同调控减数分裂启动的新模型，为研究特定染色质结构决定细胞命运转变的分子机理提供了新的见解。

图6：Znhit1介导的染色质重塑调控减数分裂启动的模式图

*复旦大学生命科学学院孙申飞博士、姜雅梅博士、章巧利博士为论文共同第一作者。复旦大学林鑫华教授、上海市生物医药技术研究院李润生研究员、复旦大学姜宁副教授、赵冰研究员为论文共同通讯作者。

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