近日，瑞士巴塞爾大學(xué)/弗里德里?！っ字x爾生物醫(yī)學(xué)研究所Antoine H F M Peters團(tuán)隊(duì)在《Developmental Cell》期刊發(fā)表題為“Preventing CpG hypermethylation in oocytes safeguards mouse development”的研究成果，研究揭示了組蛋白去甲基化酶KDM2A（Lysine Demethylase 2A）和KDM2B在小鼠卵母細(xì)胞中的關(guān)鍵功能，及其通過抑制CpG島（CpG islands, CGIs）的高甲基化以保障胚胎的正常發(fā)育機(jī)制。具體而言，母源缺失KDM2A/KDM2B導(dǎo)致卵母細(xì)胞出現(xiàn)全基因組范圍的H3K36me2沉積，引發(fā)CGIs與基因體（genebody）的異常DNA甲基化，這種異常甲基化在受精后不能被早期胚胎完全重編程，最終通過抑制合子基因組激活（Zygotic Genome Activation, ZGA）導(dǎo)致植入前胚胎死亡?？傊?，研究通過整合全基因組甲基化測序（WGBS） 和單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序（Smart-seq2） 技術(shù)，首次闡明母源表觀基因組穩(wěn)定性對胚胎發(fā)育的跨代調(diào)控機(jī)制。

標(biāo)題：Preventing CpG hypermethylation in oocytes safeguards mouse development（抑制卵母細(xì)胞中CpG高甲基化保障小鼠正常發(fā)育）

發(fā)表時間：2025年9月2日

發(fā)表期刊：Developmental Cell（Dev Cell）

技術(shù)平臺：WGBS、Smart-seq2、CUT&RUN

作者單位：瑞士巴塞爾大學(xué)

DOI:10.1016/j.devcel.2025.08.005

除調(diào)控性CpG島序列外，大多數(shù)哺乳動物細(xì)胞的基因組廣泛存在DNA甲基化。然而在卵母細(xì)胞中，DNA甲基化（DNAme）主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄區(qū)域，抑制卵母細(xì)胞中de?novo DNA甲基化的機(jī)制及其對合子基因組激活（ZGA）和胚胎發(fā)育的相關(guān)性尚不完全清楚。本研究揭示了兩種組蛋白去甲基化酶KDM2A和KDM2B通過抑制H3K36me2的全基因組沉積，從而抑制DNMT3A催化的DNA甲基化。研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，Kdm2a/Kdm2b雙突變卵母細(xì)胞的CpG島異常DNA甲基化會介導(dǎo)胚胎2細(xì)胞期的基因轉(zhuǎn)錄抑制。異常母源DNA甲基化會損害植入前胚胎發(fā)育，其通過在卵子發(fā)生過程中Dnmt3a缺失得以抑制，因此KDM2A/KDM2B對于抑制卵母細(xì)胞甲基化至關(guān)重要，進(jìn)而賦予早期胚胎發(fā)育能力。本研究結(jié)果表明，早期胚胎的重編程能力不足以清除母源染色質(zhì)上的異常DNA甲基化，且早期發(fā)育容易受到基因劑量單倍體不足效應(yīng)影響，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)育障礙。

KDM2A/KDM2B通過去甲基化H3K36me2以抑制小鼠卵母細(xì)胞中de novo DNA甲基化。

DNA序列和H3K4me3調(diào)控CGIs中的異常H3K36me2和DNA甲基化。

異常卵母細(xì)胞DNA甲基化在早期胚胎中不會被重編程，并抑制轉(zhuǎn)錄。

異常卵母細(xì)胞DNA甲基化的代際遺傳對早期胚胎具有致死性。

研究摘要

研究方法

基因敲除小鼠模型的構(gòu)建：通過Zp3-cre轉(zhuǎn)基因小鼠，研究人員在卵母細(xì)胞中特異性敲除Kdm2a和Kdm2b基因，構(gòu)建了Kdm2a/Kdm2b雙敲除小鼠模型。

卵母細(xì)胞和胚胎的收集：從不同日齡的小鼠中收集生長期卵母細(xì)胞（GOs）和完全成熟卵母細(xì)胞（FGOs），并進(jìn)行體外受精（IVF）以同步化受精時間。

單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序（Smart-seq2）：對單個卵母細(xì)胞和胚胎進(jìn)行Smart-seq2測序，以分析基因表達(dá)變化。

全基因組亞硫酸鹽測序（WGBS）：對卵母細(xì)胞和胚胎4細(xì)胞期進(jìn)行WGBS，以分析DNA甲基化狀態(tài)。

染色質(zhì)免疫沉淀（CUT&RUN）：對卵母細(xì)胞進(jìn)行CUT&RUN實(shí)驗(yàn)，以分析組蛋白修飾狀態(tài)。

免疫熒光染色：對卵母細(xì)胞和胚胎進(jìn)行免疫熒光染色，以檢測特定組蛋白修飾和DNA甲基化的分布。

甲基化-轉(zhuǎn)錄組關(guān)聯(lián)分析：WGBS與Smart-seq2整合，鑒定因啟動子高甲基化被抑制的ZGA基因。

結(jié)果圖形

（1）卵母細(xì)胞中的Kdm2a/Kdm2b具有調(diào)控胚胎發(fā)育功能

Kdm2a和Kdm2b在卵母細(xì)胞中高表達(dá)，且在早期胚胎發(fā)育中發(fā)揮重要作用。Kdm2a/Kdm2b雙敲除（double-mutant, dKO）的卵母細(xì)胞在發(fā)育過程中表現(xiàn)出嚴(yán)重的胚胎發(fā)育障礙，尤其是在囊胚階段。表明KDM2A和KDM2B在卵母細(xì)胞中具有抑制DNA甲基化和保障胚胎正常發(fā)育的關(guān)鍵作用。

圖1：KDM2A和KDM2B在卵母細(xì)胞中調(diào)控胚胎發(fā)育 (A) 對照（ctrl）和突變條件下卵母細(xì)胞中表達(dá)的Kdm2a和Kdm2b基因示意圖。 (B) 對照、單突變和雙/復(fù)合突變的體外胚胎發(fā)育的早期胚胎在指定天數(shù)的發(fā)育進(jìn)展率。 (C–E) 對GOs（KDM2A）或FGOs（其他）的指定基因型進(jìn)行KDM2A、細(xì)胞質(zhì)KDM2B、H2AK119u1和H3K27me3的免疫熒光染色及定量分析。

（2）KDM2A/KDM2B調(diào)控PRC1介導(dǎo)的基因抑制

通過組蛋白修飾CUT&RUN分析發(fā)現(xiàn)，雙敲除卵母細(xì)胞的H2AK119單泛素化（H2AK119u1）和H3K27三甲基化（H3K27me3）水平顯著下降（圖1D-E）。RNA-seq顯示PRC1靶基因（如轉(zhuǎn)錄因子Pax、Tbx家族）在dKO卵母細(xì)胞中被激活（圖2A）。這些基因在野生型中被H2AK119u1標(biāo)記，而在突變體中解除抑制，表明KDM2A/B通過維持PRC1活性實(shí)現(xiàn)表觀沉默。

圖2. KDM2A/KDM2B在卵母細(xì)胞發(fā)生過程中調(diào)控H2AK119u1沉積和基因表達(dá) (A) MA圖顯示指定突變FGOs相對于對照FGOs的差異表達(dá)。 (B) 維恩圖顯示指定突變FGOs相對于對照FGOs上調(diào)基因的數(shù)量。 (C) 散點(diǎn)圖顯示指定突變FGOs相對于對照FGOs的表達(dá)log2FC及之間的關(guān)系。 (D) 熱圖顯示CGI啟動子基因（上下游±5kb、TSS、基因體、TES）的序列組成、轉(zhuǎn)錄和染色質(zhì)變量，通過k-means聚類將這些基因分為8個clusters（簇）。從左到右：每個cluster的基因數(shù)量；CpG覆蓋率；GC百分比；卵母細(xì)胞特異性正義（綠色）和反義（紅色）轉(zhuǎn)錄本；對照和突變FGOs中的絕對RNA；突變FGOs相對于對照FGOs的log2FC表達(dá)（delta）；對照和突變FGOs中的H2AK119u1占據(jù)情況；以及WT GOs和FGOs中的H3K4me3、H3K36me3、H3K27me3和H2AK119u1占據(jù)情況。 (E) 箱形圖（Boxplot）顯示對照FGOs中每個基因聚類的RNA表達(dá)水平。 (F) 箱形圖顯示在各種突變FGOs中相對于相應(yīng)對照FGOs檢測的每個基因聚類的log2FC表達(dá)變化。

（3）KDM2A/KDM2B招募抑制性PRC1到染色質(zhì)上

基因聚類分析揭示PRC1靶標(biāo)（Cluster 1-3基因）在雙敲除（dKO）中顯著去抑制（圖2C）。KDM2B的CxxC結(jié)構(gòu)域缺失導(dǎo)致其無法結(jié)合CGIs，致PRC1無法定位于染色質(zhì)，證實(shí)二者通過物理互作招募抑制性復(fù)合體——變異型PRC1.1（vPRC1.1）。

（4）KDM2A/KDM2B限制基因上的H3K36me2沉積和DNA甲基化

KDM2A和KDM2B通過其JmjC結(jié)構(gòu)域去甲基化H3K36me2，從而限制DNMT3A在基因中的DNA甲基化。在Kdm2a/Kdm2b雙敲除（dKO）的卵母細(xì)胞中，H3K36me2和DNA甲基化水平顯著增加（圖3A），WGBS顯示基因組平均CpG甲基化率從正常35.8%增加至58.8%（圖3B），Hox基因等發(fā)育基因出現(xiàn)基因體異常甲基化（圖3E）。表明KDM2A和KDM2B在限制DNA甲基化中發(fā)揮關(guān)鍵作用。關(guān)鍵驗(yàn)證：敲除Dnmt3a可完全挽救雙突胚胎致死（圖6B），證明DNA甲基化是致死主因。

圖3. KDM2A/KDM2B限制卵母細(xì)胞中H3K36me2和DNA甲基化在啟動子和基因上的沉積 (A) 對指定突變和相應(yīng)對照基因型的GOs進(jìn)行H3K36me2和H3K36me3的免疫熒光染色和定量分析，以及對FGOs進(jìn)行5mC的免疫熒光染色分析。 (B) 2D密度圖顯示突變FGOs與對照FGOs中CpGs的平均甲基化水平（mCpG/CpG百分比）分布。 (C) 小提琴圖展示指定基因型FGOs中不同基因組元件的mCpG/CpG（%）值的分布。 (D) 熱圖顯示之前在圖2D中描述的8個CGI啟動子基因聚類的序列組成和染色質(zhì)變量。從左到右依次為：CpG覆蓋率；GC百分比；指定基因型FGOs中的H3K36me2、H3K36me3和DNA甲基化；突變FGOs與對照FGOs中CGI啟動子的差異DNA甲基化。 (E) Hoxa-Evx1基因聚類的基因組快照，展示突變FGOs與對照FGOs相比，CGI啟動子（橙色）和基因體中DNA甲基化和H3K36me2的增加情況。 (F) 箱形圖展示在Kdm2aKOKdm2bKO FGOs與對照FGOs相比，被分配到表達(dá)上調(diào)、下調(diào)、未改變或未檢測到的基因聚類CGI啟動子(-1,500/+500 bps的TSS)或基因體(+500bps的TSS到TES)的差異H3K36me2、DNA甲基化和H3K36me3。 (G) 箱形圖展示在Kdm2aKOKdm2bKO和Kdm2aKOKdm2bΔCxxC FGOs與對照FGOs相比，8個CGI啟動子基因聚類的所有基因啟動子上的差異H3K36me2和DNA甲基化。

（5）KDM2A/KDM2B調(diào)控在CGI啟動子上的H3K36me2沉積和DNA甲基化

在Kdm2a/Kdm2b雙敲除的卵母細(xì)胞中，CGI啟動子上的H3K36me2和DNA甲基化水平顯著增加（圖3D），CGI高甲基化與H3K36me2沉積同步發(fā)生（圖3F）。表明KDM2A/KDM2B在限制CGI啟動子上的DNA甲基化中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

（6）KDM2A/KDM2B在全基因組范圍內(nèi)抑制H3K36me2沉積和DNA甲基化

基于H3K4me3、H3K36me3、H3K27me3和H2AK119u1在WT FGOs中的占據(jù)情況，分析了突變FGOs與對照FGOs中H3K36me2、H3K36me3和DNA甲基化水平的變化（圖4A）。分析結(jié)果表明，KDM2A/KDM2B蛋白在卵母細(xì)胞發(fā)育過程中維持低水平H3K36me2的作用不僅限于CGI，還具有顯著的全基因組效應(yīng)（圖4B-4D）。在卵母細(xì)胞生長過程中，H3K36me2廣泛沉積與轉(zhuǎn)錄無關(guān)，且這種沉積能被KDM2A/KDM2B蛋白有效抑制。

圖4：在Kdm2a/Kdm2b缺失的卵母細(xì)胞中，H3K36me2和DNA甲基化的沉積與轉(zhuǎn)錄無關(guān) (A) 熱圖展示卵母細(xì)胞中10kb基因間區(qū)的8個clusters內(nèi)的染色質(zhì)和轉(zhuǎn)錄變量。數(shù)據(jù)以20個相鄰的500bp bins顯示。從左到右依次為：每個cluster的區(qū)域數(shù)量；CpG覆蓋率；GC百分比；對照和突變FGOs中的H2AK119u1、H3K36me2和DNA甲基化；在20kb側(cè)翼區(qū)域內(nèi)存在注釋的TTS；在第9天和第14天的GOs中，指定突變和對照基因型之間的表達(dá)log2FC；在隨機(jī)引物（總）第14天的GOs和FGOs中。RNA表達(dá)數(shù)據(jù)基于poly(A)引物RNA捕獲和Smart-seq2文庫生成。 (B–D) 基因組區(qū)間15,42,43的快照展示在對照FGOs中標(biāo)記有H2AK119u1和H3K27me3的大基因間區(qū)域，在Kdm2aKOKdm2bKO FGOs中H3K36me2和DNA甲基化的增加。

（7）生長期卵母細(xì)胞（GOs）中的H3K4me3抑制異常DNA甲基化

機(jī)制回歸模型證明低H3K4me3是GOs中異常甲基化的主要"許可因子"（圖5A）。該機(jī)制獨(dú)立于PRC1通路——即使非PRC1靶基因啟動子（如代謝基因Gldc），只要H3K4me3缺失即易受甲基化侵襲。

圖5：GOs中低水平的H3K4me3允許在卵母細(xì)胞生長期間獲得H3K36me2和DNA甲基化 (A) 散點(diǎn)圖顯示在對照和野生(WT)型FGOs中，啟動子和基因內(nèi)CGI的H3K36me2和H3K4me3占據(jù)與DNA甲基化（%）之間的相關(guān)性。 (B) 散點(diǎn)圖顯示在Kdm2aKOKdm2bKO與對照FGOs之間，啟動子和基因內(nèi)CGI的差異DNA甲基化（%）與Kdm2aKOKdm2bKO FGOs中H3K36me2的占據(jù)以及野生型GOs中H3K4me3的占據(jù)之間的關(guān)系。 (C) 條形圖顯示可預(yù)測Kdm2aKOKdm2bKO與對照FGOs中CGIs處差異H3K36me2占據(jù)的染色質(zhì)標(biāo)記、基因組位置和三核苷酸序列的線性回歸系數(shù)。 (D) 箱形圖表示在GOs中具有低或高H2AK119u1水平的H3K4me3占據(jù)區(qū)域，CGI中心周圍533bp區(qū)域每100bp的CCG/CGG三核苷酸頻率以及在對照和Kdm2aKOKdm2bKO FGOs中H3K36me2的富集。 (E) Cartoon圖說明DNA序列、組蛋白修飾酶和DNA甲基轉(zhuǎn)移酶在調(diào)節(jié)H3K36二/三甲基化和de novo DNA甲基化之間的依賴關(guān)系。

（8）組合序列和染色質(zhì)特征定義CGI的異常H3K36me2沉積

CGI上的異常H3K36me2沉積與H2AK119u1和H3K27me3的水平相關(guān)，且受到H3K4me3的抑制。在Kdm2a/Kdm2b雙敲除的卵母細(xì)胞中，CGI上的H3K36me2水平顯著增加，且與H3K4me3水平較低的CGI啟動子相關(guān)（圖5C），表明組合序列和染色質(zhì)特征在定義CGI上的異常H3K36me2沉積中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

（9）異常母源DNA甲基化損害植入前發(fā)育

作者研究了Kdm2a/Kdm2b突變卵母細(xì)胞中增加的DNA甲基化對胚胎發(fā)育的影響。研究發(fā)現(xiàn)，這些突變導(dǎo)致的異常甲基化在受精后并未被重編程，影響了胚胎的早期發(fā)育。通過條件性突變Dnmt3a功能，作者發(fā)現(xiàn)母源Dnmt3a缺失可以完全抑制由Kdm2a/Kdm2b突變引起的胚胎致死，而DNMT1酶缺失則沒有這種效果。這表明KDM2A和KDM2B在卵母細(xì)胞中的一個重要功能是通過抑制H3K36me2沉積以抑制DNMT3A功能和de novo DNA甲基化。

圖6. 異常母源DNA甲基化損害植入前發(fā)育 (A) 對照和突變晚期合子的母源（m）和父源（p）原核進(jìn)行5mC的免疫熒光染色和定量分析。 (B) 對照和三重突變的植入前胚胎在體外胚胎發(fā)育指定天數(shù)的發(fā)育進(jìn)展。 (C) 匯總表總結(jié)具有指定基因型的胚胎的植入后發(fā)育情況。 (D) MA圖顯示母源突變與相應(yīng)對照胚胎2細(xì)胞期相比的差異表達(dá)。 (E) 左側(cè)：散點(diǎn)圖顯示Kdm2amatKOKdm2bmatKO與對照胚胎2細(xì)胞期相比的log2FC表達(dá)量及Kdm2aKOKdm2bKO與對照FGOs log2FC表達(dá)量之間的關(guān)系，靶向CGI和非CGI啟動子相關(guān)基因的親本特異性表達(dá)。右側(cè)：與左側(cè)相同的數(shù)據(jù)，但靶向Kdm2amatKOKdm2bmatΔCxxC?與對照胚胎2細(xì)胞期相比以及Kdm2aKOKdm2bΔCxxC與對照FGOs的比較。Kdm2aKOKdm2bKO與對照FGOs相比的啟動子差異甲基化（%）用顏色區(qū)分。

（10）母源Kdm2a/Kdm2b雙敲除會損害植入后發(fā)育

在Kdm2a/Kdm2b雙敲除的卵母細(xì)胞中，異常DNA甲基化在植入后發(fā)育中得以維持，并損害胚胎發(fā)育。在Kdm2a/Kdm2b雙敲除的e9.5胚胎中，發(fā)育遲緩的胚胎數(shù)量顯著增加（圖6C），此階段致死與Dnmt3a缺失致死表型分離，提示KDM2A/B另有非甲基化相關(guān)功能。

（11）異常DNA甲基化抑制卵母細(xì)胞中的基因表達(dá)

為評估母源Kdm2a/Kdm2b缺失對胚胎基因調(diào)控的影響，研究人員對JF1/Ms雄性小鼠與Kdm2amatKOKdm2bmatKO?雌性小鼠的胚胎2細(xì)胞期進(jìn)行差異表達(dá)分析。結(jié)果顯示數(shù)百個基因表達(dá)失調(diào)，且存在明顯的等位基因特異性反應(yīng)。母源等位基因在卵母細(xì)胞和胚胎2細(xì)胞期中的差異表達(dá)呈正相關(guān)，而父源等位基因則無此關(guān)聯(lián)。值得注意的是，雙突變胚胎2細(xì)胞期中36%表達(dá)下調(diào)的母源CGI啟動子基因，在Kdm2aKOKdm2bKO卵母細(xì)胞啟動子區(qū)呈現(xiàn)高甲基化（>50%）。但矛盾的是，部分甲基化CGI基因在突變卵母細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)。在Kdm2amatKOKdm2bmatΔCxxC和單突變Kdm2bmatΔCxxC樣本中也觀察到類似的轉(zhuǎn)錄和甲基化反應(yīng)。

為深入探究異常DNA甲基化與轉(zhuǎn)錄組間的機(jī)制關(guān)系，研究人員根據(jù)ctrl、三突變卵母細(xì)胞和野生型精子中CGI啟動子的DNA甲基化狀態(tài)，將其分為7個clusters。cluster1-4中近1500個CGI啟動子在突變卵母細(xì)胞中出現(xiàn)廣泛異常甲基化；cluster 5中超1250個CGI啟動子在Kdm2aKOKdm2bKO卵母細(xì)胞中呈現(xiàn)中度異常甲基化。GO分析表明，cluster 1-5的許多基因在發(fā)育中起重要作用，且多為PRC1靶基因。cluster 6的CGI在對照和突變卵母細(xì)胞中均高甲基化，可能位于卵母細(xì)胞特異性上游啟動子轉(zhuǎn)錄的基因體內(nèi)。cluster 7的CGI在任何基因型中基本未甲基化或低甲基化。成熟精子中無明顯CGI甲基化。

進(jìn)一步分析異常CGI啟動子DNA甲基化與基因表達(dá)變化的關(guān)系。在卵母細(xì)胞中，上調(diào)和下調(diào)基因在各cluster分布較均勻，但cluster 2-4中表達(dá)下調(diào)的基因與異常DNA甲基化顯著相關(guān)，可能是異常DNA甲基化直接抑制了CGI啟動子。而cluster 2-5中其他UCSC注釋的CGI異常甲基化與雙突變卵母細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)的基因相關(guān)，但在突變胚胎中無此現(xiàn)象。cluster 6的CGI甲基化增加可能與轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)過程有關(guān)，這些CGI位于通常受PRC1抑制的卵母細(xì)胞特異性上游啟動子轉(zhuǎn)錄的基因組區(qū)域內(nèi)，其異常轉(zhuǎn)錄本在CGI上下游均升高。研究揭示了母源Kdm2a/Kdm2b缺失通過影響CGI啟動子DNA甲基化狀態(tài)，進(jìn)而調(diào)控基因表達(dá)。

圖7：被異常母源啟動子DNA甲基化標(biāo)記的基因在早期胚胎中受到抑制 (A) 熱圖顯示根據(jù)UCSC數(shù)據(jù)庫的CGI啟動子在對照和突變FGOs以及WT精子中的絕對啟動子甲基化水平進(jìn)行聚類結(jié)果。 (B) 與(A)中DNA甲基化clusters1-5相關(guān)的CGI基因的富集程度和統(tǒng)計(jì)顯著性水平GO富集分析。 (C) 在Kdm2aKOKdm2bKO與對照FGOs以及在Kdm2amatKOKdm2bmatKO?與對照胚胎2細(xì)胞期中，CGI啟動子基因和所有非CGI啟動子基因的log2FC表達(dá)。 (D) 條形圖顯示在DNA甲基化clusters中，CGI啟動子基因的過/低表達(dá)情況以及它們在Kdm2aKOKdm2bKO與對照FGOs或在Kdm2amatKOKdm2bmatKO?與對照胚胎2細(xì)胞期中的顯著上調(diào)或下調(diào)表達(dá)的統(tǒng)計(jì)顯著性。 (E) 條形圖顯示在用RNA聚合酶II和III的抑制劑α-鵝膏蕈堿處理的胚胎2細(xì)胞期中，顯著上調(diào)或下調(diào)的DNA甲基化clusters中的CGI啟動子基因的過/低表達(dá)情況和統(tǒng)計(jì)顯著性。 (F) 熱圖顯示了根據(jù)UCSC數(shù)據(jù)庫的CGI啟動子在對照和Kdm2aKOKdm2bKO FGOs以及對照和Kdm2amatKOKdm2bmatKO?胚胎4細(xì)胞期中母源和父源基因組的絕對啟動子DNA甲基化水平進(jìn)行聚類。Mat-和pat-hypo指的是在對照胚胎中發(fā)生de novo甲基化的CGI。 (G) 在Kdm2amatKOKdm2bmatKO?與對照胚胎2細(xì)胞期中，根據(jù)親本特異性測序讀數(shù)，(F)中所示的不同CGI和非CGI啟動子基因簇的log2FC表達(dá)。 (H) 根據(jù)親本特異性測序讀數(shù)，在Kdm2amatKOKdm2bmatKO?與對照胚胎2細(xì)胞期中，根據(jù)(F)定義的DNA甲基化clusters中的CGI啟動子基因的過/低表達(dá)情況及其顯著上調(diào)或下調(diào)表達(dá)的統(tǒng)計(jì)顯著性。 (I) Gldc、Eomes和Hes2基因的基因組快照顯示在卵母細(xì)胞和胚胎4細(xì)胞期中CGI啟動子（橙色）的異常DNA甲基化。

（12）異常DNA甲基化與胚胎2細(xì)胞期的母源基因抑制相關(guān)

在Kdm2a/Kdm2b雙敲除的胚胎2細(xì)胞期胎中，異常DNA甲基化與母源基因抑制相關(guān)。通過雜交品系（C57/JF1）等位分析顯示，dKO來源的胚胎2細(xì)胞期中，高甲基化基因的母源拷貝特異性沉默。父源拷貝表達(dá)正常，提示"基因劑量不足"是致死機(jī)制。

（13）母源異常DNA甲基化在胚胎4細(xì)胞期中得以維持

在Kdm2a/Kdm2b雙敲除的胚胎4細(xì)胞期中，異常DNA甲基化得以維持。卵母細(xì)胞甲基化在胚胎4細(xì)胞期未按預(yù)期"稀釋"（圖7F）。333/479高甲基化CGI維持>75%甲基化水平，遠(yuǎn)超復(fù)制稀釋效應(yīng)（理論應(yīng)降至25%-50%），證明主動維持機(jī)制介入。

（14）高甲基化影響關(guān)鍵發(fā)育調(diào)節(jié)基因啟動子

在Kdm2a/Kdm2b雙敲除的卵母細(xì)胞中，許多關(guān)鍵發(fā)育調(diào)節(jié)基因的啟動子發(fā)生高甲基化。GO分析顯示高甲基化基因富集在發(fā)育關(guān)鍵通路：Bmp4、Wnt2基因介導(dǎo)；Sox17、Gata4基因介導(dǎo)細(xì)胞命運(yùn)決定，Gldc介導(dǎo)代謝調(diào)控，其中Hes2等基因同時受甲基化抑制，其功能缺失直接導(dǎo)致胚胎停滯。

結(jié)論和啟示

本研究揭示了KDM2A和KDM2B在卵母細(xì)胞中的關(guān)鍵作用，強(qiáng)調(diào)了其在抑制DNA甲基化和維持胚胎正常發(fā)育中的重要性。KDM2A和KDM2B通過H3K36me2去甲基化，抑制了DNMT3A在卵母細(xì)胞中建立全局DNA甲基化的能力。此外，KDM2A和KDM2B通過其CxxC結(jié)構(gòu)域招募PRC1復(fù)合體到CGI啟動子上，從而抑制基因表達(dá)。這些發(fā)現(xiàn)不僅加強(qiáng)了對卵母細(xì)胞基因組甲基化調(diào)控機(jī)制的理解，還為研究胚胎發(fā)育過程中的表觀遺傳調(diào)控提供了新視角。此外，該研究應(yīng)用WGBS和Smart-seq2技術(shù)在解析基因組甲基化和基因表達(dá)調(diào)控，為未來類似研究提供了關(guān)鍵技術(shù)參考。

參考文獻(xiàn)：

Kawamura YK, Ozonov EA, Papasaikas P, Kondo T, Nguyen NV, StadlerMB, Smallwood SA, Koseki H, Peters AHFM. Preventing CpG hypermethylation inoocytes safeguards mouse development. Dev Cell. 2025 Aug 29. doi:10.1016/j.devcel.2025.08.005.