Fosl2通过调控染色质开放性决定卵泡成熟过程中的发育事件

本研究揭示了转录因子Fosl2在卵泡成熟过程中的关键作用。研究人员通过多组学分析发现，Fosl2通过结合GC激活可及性区域（GAAs），促进染色质开放状态转变，调控颗粒细胞发育相关基因（GDGs）表达。特异性敲除Fosl2导致颗粒细胞亚群紊乱、排卵异常和卵巢早衰，为女性不孕症治疗提供了新的靶点。

　　

全球数百万女性正面临不孕症的困扰，其中卵母细胞减数分裂异常导致的生殖潜能受损是主要原因之一。在卵巢这个复杂的微环境中，卵泡建立了卵母细胞与支持细胞之间精细的双向通讯网络，这对同步化的卵母细胞成熟和卵泡生长至关重要。然而，颗粒细胞（GCs）作为卵巢中最丰富的细胞类型，其发育动态及其与下游转录电路的相互作用仍不清楚。

发表在《Nature Communications》上的这项研究，首次揭示了卵泡成熟过程中染色质可及性的动态重塑机制，发现转录因子Fosl2通过调控GC激活可及性区域（GAAs）的开放状态，决定发育相关基因（GDGs）的表达程序，从而调控卵泡成熟和女性生殖功能。

研究人员采用多种关键技术方法开展研究：利用猪和鼠模型进行体外卵母细胞成熟（IVM）实验；通过ATAC-seq分析染色质可及性动态；运用CUT&Tag技术检测Fosl2全基因组结合位点；采用scRNA-seq解析颗粒细胞亚群异质性；并通过条件性基因敲除小鼠模型验证Fosl2的生理功能。

GCs经历全局性染色质景观重塑

研究人员首先从猪卵巢中分离卵丘-卵母细胞复合物（pCOCs），通过体外成熟获得不同发育阶段的颗粒细胞和卵母细胞。转录组分析显示，与卵母细胞相比，pGCs在卵泡成熟过程中表现出更显著的转录波动。多个GC生物标志物（如Cyp11a1、Star、Smad1）在卵泡成熟过程中显著上调，而沉默基因（如Nr5a1和Cdc20）表达降低。

ATAC-seq分析揭示了pGCs中>10,000个差异可及区域（DARs），包括8646个GC激活可及性区域（GAAs）和GC失活可及性区域（GIAs）。这些区域主要位于转录起始位点（TSSs）约2kb范围内的基因间区，与启动子和增强子信号重叠。

位于启动子区域的GAAs控制邻近GDG表达

研究发现，位于顺式调控元件的动态DARs有助于特定的染色质开放，从而促进邻近基因激活。GAA邻近基因显著上调，且其表达与启动子区域的染色质可及性密切相关。GO富集分析显示，GAA邻近基因主要参与发育调控，包括营养转运、生长信号分泌等卵泡成熟所需的发育通路。

关键GC增殖调节因子（如Fshr和Atg9a）被GAAs包围，在卵泡成熟过程中染色质可及性显著升高。这些基因的转录组表达水平在卵泡成熟过程中均增加，表明GAA在调控邻近GDG表达中的潜在作用。

Fosl2招募到GAAs是塑造下游转录组谱所必需的

通过HOMER算法进行调控元件 motif 富集分析发现，AP-1和锌指（ZF） motif 在GAAs中高度富集。筛选AP-1转录因子表达变化后，发现Fosl2在pGCs中的mRNA和蛋白表达从窦卵泡期到排卵期显著增加。

CUT&Tag分析显示，Fosl2在全基因组信号中显著增加，且差异Fosl2占据峰与差异可及性峰相对相关。Fosl2获得峰（排卵期特异性）而非共享或丢失峰（窦卵泡期-排卵期共享和窦卵泡期特异性）与新开放的染色质和活性调控区域特异性相关。

约75%的GAAs与Fosl2获得峰重叠，与Fosl2丢失峰重叠最小。Fosl2结合在选择性地富集在上调基因的启动子区域，远端Fosl2结合峰也主要与上调基因相关，揭示了Fosl2作为转录激活因子调控GAA重塑的主要作用。

Fosl2改变卵泡成熟过程中GAs-harboring染色质可及性

Fosl2稳定敲低后，ATAC-seq分析显示染色质可及性显著降低，且这种崩溃主要发生在富含Fosl2 motif位点的基因间区域。与卵泡成熟过程中升高的GAA峰相比，Fosl2敲低显示GAA活性显著降低。

使用TOBIAS检查差异可及位点中的TF足迹，发现包括Tead4和Nrf2在内的未鉴定多能性TF motif在Fosl2敲低后ATAC-seq信号降低。排卵期特异性峰在Fosl2沉默后可及性广泛降低，而窦卵泡期特异性峰保持稳定的可及性。

Fosl2缺陷导致染色质可及性破坏进而损害GDG表达

在Fosl2敲低细胞中，Fosl2结合选择性富集在下调基因的启动子处，远端Fosl2结合峰优先出现在下调基因附近，表明其作为下游基因转录激活剂的作用。具有Fosl2结合位点和更多Fosl2 motif的基因在Fosl2沉默后显著下调。

全局水平上，许多发育信号通路（包括G2M检查点通路）在Fosl2抑制后显著破坏。大量GDGs在Fosl2敲低后显著下调，包括Cyp11a1、Star、Fshr和其他公认的分化相关GC基因。GDGs在Fosl2敲低细胞中表现出与随机选择基因相比可及性密度的显著降低。

Fosl2调控的染色质可及性在哺乳动物物种中保持

在鼠GCs（mGCs）中检查Fosl2-harboring GAA模式，发现尽管存在培养差异，mGCs从定量峰信号中表现出>10,000个DARs，并鉴定了14072个GAAs。排卵期的峰对GDGs显示出强烈的信号，而随机选择的基因组显示未改变的信号。

检查富集的调控元件motif后，发现AP-1 TFs（包括Fosl2）在mGCs中定义的GAAs中显著富集。Fosl2在排卵期表现出强烈的荧光，与生长和发育基因表达增加一致。

GC特异性Fosl2缺失导致雌鼠生殖功能受损

为了进一步分析Fosl2对生殖能力的影响，研究人员使用Fosl2Flox/Flox（Fosl2F/F）小鼠条件性缺失mGCs中的Fosl2。虽然Fosl2缺陷不会导致不孕，但Fosl2cKO雌性的幼崽数量随时间逐渐减少。

在超排卵过程中，Fosl2缺陷小鼠不仅排卵率降低，而且排卵质量显著下降，导致卵母细胞获取量显著减少。超排卵后黄体（CL）计数在Fosl2缺陷小鼠中显著低于对照组。

scRNA-seq分析显示，Fosl2缺失后GC亚群数量显著减少。特别是负责内分泌功能的壁层GC亚群在Fosl2缺失后比例显著下降，而萎缩GCs数量显著上升；同时，负责为卵泡提供营养支持的卵丘GCs比例也略有增加。

壁层GCs和萎缩GCs均表现出年龄依赖性上调的炎症应激通路，与同时下调的发育通路形成对比。在7个月大的Fosl2缺失雌鼠中，卵巢表现出严重的器官紊乱，包括空泡化和尺寸减小，表明Fosl2缺陷可能导致卵巢功能完全丧失。

研究结论与意义

本研究揭示了Fosl2在维持平衡的GC亚群中的重要作用；其缺失导致排卵异常和卵巢衰老风险升高，与年轻卵巢相比，对老年卵巢的影响更为严重。这些发现不仅揭示了染色质可及性动态在卵泡成熟中的关键调控机制，还为女性不孕症的治疗提供了新的潜在靶点。

Fosl2驱动的染色质可及性是一种关键的表观遗传机制，支撑着卵泡成熟的复杂过程，确保生殖系统的连续性和健康。该研究为理解卵泡发育的调控机制提供了重要见解，对改善生育能力和治疗生殖疾病具有重要的临床意义。