产后莱迪希细胞命运决定过程中H3K4me3和H3K27me3修饰的动态变化

《Andrology》：Dynamic Landscape of H3K4me3 and H3K27me3 Modification During Postnatal Leydig Cell Fate Determination

本研究通过单细胞RNA测序和CUT&Tag-seq技术，揭示生后Leydig细胞分化中H3K4me3和H3K27me3的动态特征。结果显示H3K4me3在祖细胞向未成熟细胞分化时呈现先降后升的波动模式，而H3K27me3持续积累。在祖代细胞中，双标记染色质域（占启动子24.5%）平衡增殖与分化，而成熟Leydig细胞中H3K4me3通过激活Gata6、Cebpb等转录因子维持类固醇生成功能，同时H3K27me3通过抑制Ccna2、Mki67等基因实现增殖沉默。该研究首次阐明H3K4me3/H3K27me3-转录因子-靶基因轴在Leydig细胞终末分化中的核心调控机制。

　　

摘要

背景

组蛋白甲基化在精子发生过程中调节染色质结构和基因表达方面起着关键作用。H3K4me3主要存在于活跃基因的转录起始位点，而H3K27me3则沉积在染色质上以抑制转录。然而，产后莱迪希细胞（Leydig cells）分化过程中H3K4me3和H3K27me3修饰的动态变化仍知之甚少。

研究目的

本研究的目的是阐明产后莱迪希细胞分化过程中H3K4me3和H3K27me3修饰的动态变化。

方法

通过对小鼠莱迪希细胞不同发育阶段的单细胞RNA测序（scRNA-seq）、目标切割及标记测序（CUT&Tag-seq）、批量RNA测序（bulk RNA-seq）和免疫组化分析，我们绘制了H3K4me3和H3K27me3的阶段特异性分布图。

结果

研究结果表明，在莱迪希细胞从前体细胞向未成熟细胞分化过程中，H3K4me3的水平呈现双相波动模式（先下降后上升），这与H3K27me3的逐渐积累形成对比。在莱迪希细胞前体阶段，双价染色质结构（占启动子的24.5%）有助于平衡细胞的增殖与分化。值得注意的是，如Star、Cyp17a1和Hsd17b3等类固醇生成基因仅受H3K4me3调控，而不受H3K27me3的影响。在完全分化的成年莱迪希细胞中，H3K4me3通过激活转录因子（如Gata6、Cebpb、Nr1d1）和成熟相关基因（包括Hsd17b3、Insl3、Sult1e1）来维持其类固醇生成能力；同时，H3K27me3永久性地沉默与细胞增殖相关的基因网络（如Ccna2、Mki67、Ccnd1），从而消除这些细胞的自我更新能力。

讨论与结论

我们的研究揭示了H3K4me3/H3K27me3-转录因子（TFs）-靶基因轴作为调控产后莱迪希细胞分化的核心机制。这一发现阐明了该机制如何赋予莱迪希细胞类固醇生成能力的同时抑制其干性特征。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可应合理要求向通讯作者索取。