來自*動(dòng)物研究所、北京大學(xué)的研究人員在新研究中，解析了小鼠精子發(fā)生過程中5-羥甲基胞嘧（5-hydroxymethylcytosine，5hmC）的動(dòng)態(tài)機(jī)制，相關(guān)論文“Dynamics of 5-hydroxymethylcytosine during mouse spermatogenesis”發(fā)表在6月13日的《自然通訊》（Nature Communications）雜志上。來自中科院動(dòng)物研究所的韓春生（Chunsheng Han）研究員和北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院的湯富酬（Fuchou Tang）研究員是這篇論文的共同通訊作者。精子發(fā)生（spermatogenesis）是一高度特化的細(xì)胞復(fù)雜分化過程,包括精原細(xì)胞發(fā)育為精母細(xì)胞,精母細(xì)胞經(jīng)過兩次減數(shù)分裂成為圓形精細(xì)胞,然后圓形精細(xì)胞經(jīng)過細(xì)胞變態(tài)形成精子。該過程以減數(shù)分裂、染色質(zhì)重建與包裝、轉(zhuǎn)錄重組等生殖細(xì)胞特異性事件為特征,表觀遺傳修飾在減數(shù)分裂重組、聯(lián)會復(fù)合物的形成、姊妹染色體的結(jié)合、減數(shù)分裂后精子的變態(tài)、基因表達(dá)阻遏和異染色質(zhì)形成過程中發(fā)揮著重要作用。
DNA甲基化是zui早發(fā)現(xiàn)的表觀遺傳修飾途徑之一，是指在DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶的作用下，將S-腺苷*提供的甲基基團(tuán)共價(jià)結(jié)合到CpG二核苷酸的胞嘧啶5’碳位上，形成5-甲基胞嘧啶（5-methylcytosine，5mC）的過程。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，通過Tet家族雙加氧酶（dioxygenases），還可將5mC轉(zhuǎn)化成另外一種修飾形式：5-羥甲基胞嘧啶（5-hydroxymethylcytosine，5hmC）。這些表觀遺傳學(xué)修飾也被稱為DNA的第5種，和第6種堿基。研究證實(shí)，在原始生殖細(xì)胞（PGC）重編程和生殖細(xì)胞發(fā)育過程中存在有5mC和5hmC的動(dòng)態(tài)變化，表明兩者在減數(shù)分裂和印記基因的表觀重編程，以及轉(zhuǎn)錄調(diào)控中均起著重要的作用。
在這篇新文章中，研究人員對5hmC在精子發(fā)生過程中的整體動(dòng)態(tài)模式進(jìn)行了解析。首先，他們采用液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法對8個(gè)時(shí)期的小鼠精原細(xì)胞中的5hmC進(jìn)行了定量，隨后采用化學(xué)標(biāo)記與富集技術(shù)結(jié)合深度測序，在各個(gè)基因組區(qū)域繪制了5hmC的分布。研究人員發(fā)現(xiàn)在與蛋白質(zhì)編碼基因、piRNA前體基因和重復(fù)元件相關(guān)的基因組區(qū)域，5hmC存在位置差異，發(fā)生了動(dòng)態(tài)改變。并且，5hmC的含量與RNA-seq定量的各種轉(zhuǎn)錄物水平有關(guān)。這些結(jié)果表明，5hmC在小鼠基因組中高度有序的變化，對于精原細(xì)胞的分化至關(guān)重要。新研究對于深入了解表觀遺傳修飾在生殖細(xì)胞發(fā)生發(fā)育過程中的作用，以及研究男性不育等相關(guān)疾病機(jī)制具有重要的意義。
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