减数分裂是发生于真核生物有性生殖阶段的一种特有的细胞分裂形式，使得染色体数目减半，产生单倍体的配子。在减数分裂过程中，同源染色体会经历配对、重组和分离等一系列精密调控的过程，使得来源于父本和母本的遗传物质发生大片段的交换，进而保证了遗传信息的稳定性和可变性。减数分裂染色体折叠为一系列沿染色体轴排列的大型染色质环，近年来的研究表明了这种高度特异的染色质构象对于转录的影响，但减数分裂进程中染色质构象影响和调节同源染色体配对和重组的机制仍有待阐明。
10月8日，上海交通大学医学院附属第九人民医院（上海精准医学研究院）卞迁课题组和雷鸣课题组在Nature Communications杂志在线发表了题为 Stage-resolved Hi-C analyses reveal meiotic chromosome organizational features influencing homolog alignment 的研究论文，该研究报道了减数分裂过程中转录活跃和转录抑制区域会分别形成不同尺寸的染色质环，并且力学传导复合物LINC复合物会促进染色体末端约20%长度区域内的聚集和对齐，这两个结构特征对于同源染色体配对和重组过程具有重要调节作用。
利用雄性小鼠的精子发生为模型，研究人员分选出了减数分裂各个阶段（精原干细胞、细线期前期、细线期、偶线期、粗线期、双线期、次级精母细胞）的高纯度细胞和支持细胞，并且构建了这些细胞的高分辨率Hi-C图谱，其中支持细胞、细线期前期、细线期和双线期的Hi-C图谱为首次报道。该研究全面测量了减数分裂过程中染色质环的动态变化，发现在减数分裂过程中，CTCF虽然持续结合在染色体上，但是其阻碍染色质环挤压的能力下降，导致了减数分裂过程中TAD的边界减弱。
减数分裂和有丝分裂的一个重大的差异就是减数分裂过程中染色体会一直保持着转录活性。研究人员进一步对转录和染色质环之间的联系进行研究，结果表明在细线期和偶线期，转录活跃的区域会形成较小的染色质环， 而在粗线期和双线期，转录活跃和转录抑制的区域形成环的大小接近。该研究首次为减数分裂过程中染色质环的动态变化提供了分子层面的依据。此外，该研究还证实了染色质环的大小和压缩比例的差异与DSB向CO的转化相关。
该研究还首次发现在减数分裂过程中，染色体之间的亚端粒区之间存在较强的相互对齐的趋势，这种相互作用趋势在约20%染色体长度上持续存在。研究人员进一步利用LINC复合体突变的小鼠模型探讨了这一现象出现的成因，该模型中端粒本身相互聚集的现象仍然发生，然而亚端粒区的对齐趋势被破坏，揭示了端粒和LINC复合物之间的连接和其间的力学传递对于促进染色体末端形成紧密的聚集匹配现象具有至关重要的作用。
综上，该研究体现出了转录活性和机械力在减数分裂过程中对染色体高级结构具有重要的调控功能，进而促进同源配对和联会的形成，为进一步理解减数分裂与有性生殖的分子机制提供了新的线索。
卞迁研究员、雷鸣研究员为该论文的共同通讯作者；研究生左武（中科院分子细胞科学卓越创新中心）、助理研究员陈光明、研究生高志梅为本文的共同第一作者；上海交通大学 医学院附属第九人民医院为本文的唯一通讯单位。上海精准医学研究院卞迁课题组致力于揭示真核生物发育和衰老过程中染色质的结构与功能，课题组长期招聘对表观遗传学与染色质结构、增强子等非编码调控元件、衰老与退行性疾病等研究方向感兴趣的博士后。
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来源：BioArt
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原标题：《【学术前沿】卞迁/雷鸣团队合作揭示减数分裂过程中染色质构象对同源染色体配对的影响》
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