组蛋白去甲基化酶KDM2A/FBXL11通过调控Polycomb介导的基因抑制和减数分裂进程维持雄性小鼠生殖细胞发育

本研究揭示了组蛋白去甲基化酶KDM2A/FBXL11通过清除H3K36me1/2修饰，调控Polycomb抑制复合物(PRC1/2)依赖的基因沉默网络，在精原细胞分化和减数分裂过程中发挥关键作用。研究人员通过条件性敲除模型发现，KDM2A缺失导致精原细胞周期阻滞、凋亡增加及减数分裂同源染色体联会异常，最终引发睾丸萎缩和不育。该研究阐明了表观遗传调控在雄性生殖细胞发育中的核心机制，为男性不育诊疗提供了新靶点。

　　

在哺乳动物精子发生过程中，精原干细胞经历复杂的增殖分化程序，最终形成单倍体精子。这一过程受到精确的表观遗传调控，其中组蛋白修饰的动态变化尤为关键。然而，组蛋白去甲基化酶KDM2A（又称FBXL11）在成年哺乳动物生理功能中的作用长期未被阐明。该酶能够特异性去除组蛋白H3第36位赖氨酸的单/双甲基化修饰（H3K36me1/2），但其在雄性生殖细胞发育中的功能机制仍存在重大知识空白。

Friedrich Miescher Institute for Biomedical Research（FMI）和Novartis Biomedical Research的研究团队通过构建条件性基因敲除小鼠模型，系统研究了KDM2A在精子发生过程中的作用。研究发现KDM2A缺失导致睾丸萎缩和雄性不育，其机制涉及精原细胞分化阻滞和减数分裂异常。这项突破性成果发表于《Nature Communications》，为理解表观遗传调控在生殖细胞发育中的核心作用提供了新视角。

研究人员主要采用以下关键技术：条件性基因敲除小鼠模型构建（Kdm2a^2lox/2lox；ActbCreERT2/+）、流式细胞分选（FACS）分离不同发育阶段的生殖细胞（精原细胞和精母细胞）、RNA测序（RNA-seq）分析转录组变化、超低输入天然染色质免疫沉淀测序（ULI-NChIP-seq）检测组蛋白修饰（H3K36me2、H3K27me3等）、以及免疫荧光染色分析减数分裂进程。

Spermatogenesis is defective in Kdm2a-deficient mice
通过条件性敲除模型发现，成年小鼠KDM2A缺失导致睾丸重量减少80%，组织学显示生精小管中晚期生殖细胞几乎完全缺失。时间进程实验表明，KDM2A缺失主要影响分化中的精原细胞（c-KIT阳性）而非未分化精原干细胞（PLZF阳性），导致细胞周期延迟和凋亡增加。

Depletion of c-KIT-positive differentiating spermatogonia in Kdm2a iKO mice
免疫组化证实KDM2A缺失小鼠中分化精原细胞（c-KIT+）数量减少60%，而未分化精原干细胞（PLZF+）数量保持不变。精原细胞特异性敲除（sKO）模型进一步验证了这一表型，说明KDM2A对精原细胞分化具有特异性调控作用。

Genome-wide transcriptional changes in c-KIT-positive differentiating spermatogonia in Kdm2a iKO
RNA-seq分析显示KDM2A缺失导致750多个基因异常激活，这些基因主要参与形态发生、细胞粘附和分化等过程。值得注意的是，这些基因在正常精原细胞分化过程中本应被Polycomb抑制复合物沉默，但在突变体中持续表达。

KDM2A is required for silencing of PRC2 target genes in differentiating spermatogonia
ULI-NChIP-seq分析揭示KDM2A通过清除H3K36me2（已知抑制PRC2活性）促进PRC2介导的H3K27me3沉积。在CpG岛（CGI）富集的启动子区域，KDM2A缺失导致H3K36me2积累和H3K27me3减少，伴随PRC1催化产物H2AK119ub1的异常分布。

Impairment of meiotic progression to the pachytene stages in Kdm2a iKO
减数分裂分析发现KDM2A缺失导致粗线期精母细胞发育阻滞，表现为同源染色体联会不完全、DNA损伤应答持续激活（γH2A.X信号滞留）和性染色体失活（MSCI）失败。X染色体与常染色体基因表达比例（X:A）分析显示突变体未能建立正常的性染色体沉默程序。

这项研究系统阐明了KDM2A通过双重机制调控雄性生殖细胞发育：在精原细胞分化阶段，通过清除H3K36me2促进PRC1/2依赖的基因沉默；在减数分裂阶段，参与DNA损伤修复和性染色体失活。这些发现不仅拓展了对表观遗传调控网络的认识，也为男性不育症的机制研究和治疗策略开发提供了新思路。特别值得注意的是，KDM2A在生殖细胞中的功能表现出显著的性别二态性——其在雌性生殖细胞发育中非必需，这与该团队先前在卵母细胞中的研究形成鲜明对比。该研究建立的精原细胞分阶段分离和表观基因组分析技术体系，为生殖生物学研究提供了重要方法学参考。