9月18日，南方医科大学赵小阳、李琳课题组、中国农业大学高帅课题组和深圳大学常港课题组在Nature Cell Biology（一区）杂志，发表题为Single-cell multi-omics sequencing of human spermatogenesis reveals a DNA demethylation event associated with male meiotic recombination的研究论文。
精子发生是雄性配子产生的基础，这一发育过程受到精密调控。基因突变或表观遗传变异均能够影响精子发生，进而导致雄性不育。解析人类精子发生过程中的细胞命运调控机制，对于实现人类精子的体外再生，以及男性不育疾病的临床诊断和治疗具有重要的意义。
该研究利用单细胞多组学技术从染色质可及性、DNA甲基化以及基因表达等三个维度，系统揭示了人类精子发生过程中细胞命运转变的表观调控机制。在本研究中，研究人员首次发现了人前细线期精母细胞中存在一轮全局性DNA去甲基化过程（图1）。基于数据分析和实验验证揭示了这一轮全局性DNA去甲基化事件参与调控减数分裂重组，且这一过程在人和小鼠中高度保守。此外，该研究发现在非梗阻性无精症患者的前细线期精母细胞中存在异常的DNA高甲基化现象，并且富集在重组热点和减数分裂DNA双链断裂（double stand break, DSB）热点，这表明有一部分患者的不育可能与这轮DNA去甲基化的异常相关。最后，研究人员从多个层面证实DNA去甲基化对减数分裂重组的调控作用，包括通过使用DNA甲基化小分子decitabine处理细胞，发现decitabine处理组中异常低甲基化重组热点周围的PRDM9结合信号明显升高；通过利用Stra8-Cre;Uhrf1flox/flox条件性敲除小鼠，发现Uhrf1敲除小鼠DNA甲基化水平降低，不但能够引起雄鼠不育，还会导致细线期及偶线期精母细胞中DSB标志物DMC1和RAD51数目的显著增加；通过建立UHRF1过表达和UHRF1-DNMT1过表达的小鼠精原干细胞系，进而移植到Kitw/wv不育小鼠的睾丸曲细精管中，发现无论是UHRF1过表达还是UHRF1-DNMT1过表达引起的细线期精母细胞全局性DNA甲基化水平轻度升高，都会导致偶线期精母细胞中DSB数量的显著减少。与对照相比，UHRF1过表达组减少约24%至30%，而UHRF1-DNMT1过表达组减少约90%。
附图 建立高精度的单细胞多组学数据集，首次发现男性减数分裂启动阶段发生全局性DNA去甲基化
该研究系统建立了人类精子发生过程中的高精度染色质可及性、DNA甲基化及转录组数据集，首次发现雄性减数分裂启动阶段发生的全局性DNA去甲基化参与减数分裂重组的调控，干预这一过程会影响雄性减数分裂DSB的形成。这将为深入研究人类精子发生的调控机制以及男性不育疾病的临床诊断和治疗具有重要的指导意义。
南方医科大学赵小阳教授，中国农业大学高帅教授和深圳大学常港研究员为本文共同通讯作者。南方医科大学黄亚萍博士，李琳教授，广州医科大学附属第三医院安庚博士，南方医科大学杨昕衍博士研究生、崔曼曼博士研究生为本文的并列第一作者。
