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综述:小鼠未分化精原细胞发育过程中动态三维表观基因组重组
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年07月23日 来源:Current Opinion in Genetics & Development 3.7
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这篇综述系统阐述了哺乳动物生殖细胞发育过程中三维表观基因组(3D epigenome)的动态重组机制,重点揭示了雄性生殖细胞从原始生殖细胞(PGCs)到未分化精原细胞/精原干细胞(SSCs)的转变过程中,表观遗传重编程(DNA去甲基化、组蛋白修饰)与三维基因组结构(A/B区室、TADs、染色质环)的协同调控,为理解全能性(totipotency)获得机制和推进体外配子发生(in vitro gametogenesis)研究提供了重要见解。
从受精到原始生殖细胞特化
受精后,母源和父源染色质经历解凝缩过程,合子通过被动和主动机制重建三维表观基因组。这一时期特征性的亲本表观遗传标记、区室结构和拓扑关联域(TADs)被大规模重置,为后续发育建立表观遗传空白状态。值得注意的是,合子基因组激活(ZGA)阶段出现的染色质开放态与全能性密切相关。
原始生殖细胞特化与表观遗传重编程
小鼠原始生殖细胞(PGCs)在E6.0-6.5时期由形成性外胚层在BMP信号诱导下产生,初始细胞群仅30-40个,特征性表达Blimp1(Prdm1)、Tfap2c和Prdm14等关键转录因子。随后PGCs启动表观遗传重编程:全基因组DNA去甲基化导致印记基因擦除;转座元件(如IAP、LINE-1)激活;组蛋白修饰(H3K27me3、H3K9me2)大规模重组。这一时期染色质高度开放,绝缘子(CTCF位点)显著增强,形成独特的"开放但隔离"的染色质状态。
未分化精原细胞的发育
雄性生殖细胞命运决定后,有丝分裂前精原细胞(mitotic prospermatogonia)经历表观遗传编程获得雄源表观基因组特征:DNA甲基转移酶Dnmt3a/b介导的再甲基化建立父源印记;染色质进一步开放化(euchromatization)伴随染色体径向重定位;绝缘子消除促进增强子-启动子(E-P)互作。这些变化最终形成未分化精原细胞/精原干细胞(SSCs)特有的三维表观基因组架构,其特征包括:H3K4me3/H3K27me3双标记启动子增多;PRC1/2复合物介导的抑制性染色质减少;X染色体激活状态改变。
研究展望
当前研究揭示了三维表观基因组重组与生殖细胞发育的密切关联,但具体机制仍待阐明:染色质开放态如何维持基因组稳定性?染色体径向重定位的功能意义?这些问题的解答将推动体外配子发生技术的发展,并为不育症等生殖系统疾病提供新的诊疗思路。值得注意的是,近期建立的低输入表观基因组技术(<1000细胞)和体外生殖细胞培养系统为相关研究提供了重要工具。
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