來自*動物研究所、北京大學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）的動態(tài)機制，相關論文“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。來自中科院動物研究所的韓春生（Chunsheng Han）研究員和北京大學生命科學學院的湯富酬（Fuchou Tang）研究員是這篇論文的共同通訊作者。精子發(fā)生（spermatogenesis）是一高度特化的細胞復雜分化過程,包括精原細胞發(fā)育為精母細胞,精母細胞經(jīng)過兩次減數(shù)分裂成為圓形精細胞,然后圓形精細胞經(jīng)過細胞變態(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*提供的甲基基團共價結(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）。這些表觀遺傳學修飾也被稱為DNA的第5種，和第6種堿基。研究證實，在原始生殖細胞（PGC）重編程和生殖細胞發(fā)育過程中存在有5mC和5hmC的動態(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)生過程中的整體動態(tài)模式進行了解析。首先，他們采用液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法對8個時期的小鼠精原細胞中的5hmC進行了定量，隨后采用化學標記與富集技術結(jié)合深度測序，在各個基因組區(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前體基因和重復元件相關的基因組區(qū)域，5hmC存在位置差異，發(fā)生了動態(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。這些結(jié)果表明，5hmC在小鼠基因組中高度有序的變化，對于精原細胞的分化至關重要。新研究對于深入了解表觀遺傳修飾在生殖細胞發(fā)生發(fā)育過程中的作用，以及研究男性不育等相關疾病機制具有重要的意義。
