精子高 DNA 染色性（HDS）关联精子发生关键区域 DNA 甲基化特征及染色质重塑

《Clinical Epigenetics》：Sperm chromatin immaturity is associated with DNA methylation profiles related to male reproduction and development in a general population cross-sectional study

摘要

背景

успеш的精子发生需要显著的DNA凝聚、通过组蛋白向原蛋白转变实现染色质重塑，以及维持特定的DNA甲基化（DNAm）模式。DNA片段化指数（DFI）是精子DNA损伤的标志物，而高DNA染色性（HDS）则是原蛋白化不完全的标志物，这两种因素均与不良的生殖结果相关。然而，它们与精子DNAm模式之间的关系仍大部分未知。本研究的目的是通过DFI和HDS来探讨与精子染色质结构相关的精子DNAm特征。

方法

这项嵌套横断面研究使用了来自前瞻性孕前妊娠队列“生育与环境纵向调查（LIFE）”研究的376名普通人群参与者的EPIC V1 Infinium甲基化测序芯片来检测精子DNAm。通过精子染色质结构检测（SCSA）测量了DFI和HDS。利用线性回归（CpGassoc）和广义估计方程（Aclust2.0）算法，在调整了男性年龄和DLK1处的甲基化水平并校正了基因组膨胀后，分别识别出差异甲基化的CpG（DMCs）和基因组区域（DMRs）。对DMCs和DMRs进行了基因特征、转录因子（TF）结合基序以及组蛋白保留区域的富集分析，同时进行了功能富集以阐明其生物学意义。

结果

DFI与精子DNAm之间没有关联。HDS与18,187个DMCs和1,241个DMRs相关（q<0.05），这些DMCs和DMRs主要为高甲基化状态。功能富集分析显示，HDS相关的DNAm存在于参与男性生殖和发育相关通路的基因上，如男性配子生成、配子生成过程中的DNAm、男性减数分裂核分裂以及上皮管形态发生。DMCs和DMRs在39个TF结合位点上富集（q<0.05），其中包括细胞周期和多能性的主要调节因子结合位点。HDS相关的DMCs和DMRs还富集在保留了睾丸特异性组蛋白变体TH2B的区域（绝对倍变更大>2；p<0.05）。

结论

据我们所知，这是首次研究报告HDS与富含精子发生和男性生殖重要基因组区域的精子DNAm特征之间的关联，以及与保留了TH2B的区域之间的关联。尽管本研究具有横断面的性质，但这些发现提示了在精子发生过程中DNAm与染色质重塑之间可能存在表观遗传学上的相互作用，这种相互作用也可能涉及TH2B等中间组蛋白。

背景

成功的精子发生需要显著的DNA凝聚、通过组蛋白向原蛋白转变实现染色质重塑，以及维持特定的DNA甲基化（DNAm）模式。DNA片段化指数（DFI）是精子DNA损伤的标志物，而高DNA染色性（HDS）则是原蛋白化不完全的标志物，这两种因素均与不良的生殖结果相关。然而，它们与精子DNAm模式之间的关系仍大部分未知。本研究的目的是通过DFI和HDS来探讨与精子染色质结构相关的精子DNAm特征。

方法

这项嵌套横断面研究使用了来自前瞻性孕前妊娠队列“生育与环境纵向调查（LIFE）”研究的376名普通人群参与者的EPIC V1 Infinium甲基化测序芯片来检测精子DNAm。通过精子染色质结构检测（SCSA）测量了DFI和HDS。利用线性回归（CpGassoc）和广义估计方程（Aclust2.0）算法，在调整了男性年龄和DLK1处的甲基化水平并校正了基因组膨胀后，分别识别出差异甲基化的CpG（DMCs）和基因组区域（DMRs）。对DMCs和DMRs进行了基因特征、转录因子（TF）结合基序以及组蛋白保留区域的富集分析，同时进行了功能富集以阐明其生物学意义。

结果

DFI与精子DNAm之间没有关联。HDS与18,187个DMCs和1,241个DMRs相关（q<0.05），这些DMCs和DMRs主要为高甲基化状态。功能富集分析显示，HDS相关的DNAm存在于参与男性生殖和发育相关通路的基因上，如男性配子生成、配子生成过程中的DNAm、男性减数分裂核分裂以及上皮管形态发生。DMCs和DMRs在39个TF结合位点上富集（q<0.05），其中包括细胞周期和多能性的主要调节因子结合位点。HDS相关的DMCs和DMRs还富集在保留了睾丸特异性组蛋白变体TH2B的区域（绝对倍变更大>2；p<0.05）。

结论

据我们所知，这是首次研究报告HDS与富含精子发生和男性生殖重要基因组区域的精子DNAm特征之间的关联，以及与保留了TH2B的区域之间的关联。尽管本研究具有横断面的性质，但这些发现表明在精子发生过程中DNAAm与染色质重塑之间可能存在表观遗传学上的相互作用，这种相互作用也可能涉及TH2B等中间组蛋白。