组蛋白去乙酰化酶HDAC3在精子发生中的功能和相关机制

Epigenetic modifications are essential for embryonic development, stem cells differentiation and gametes formation. Spermatogenesis is a complicated process which includes spermatogonial stem cells self-renewal, meiosis and spermiogenesis, during which dramatic changes in DNA methylation and histone modification occur. HDAC3 is an important histone deacetylase which regulates histone acetylation, however, its precise role in spermatogenesis and how it interacts with other epigenetic modifiers to influence chromatin remains to be identified. Here, we generated Hdac3 conditional knockout mice, we sought to determine genome-wide HDAC3 binding sites by ChIP-seq and analyze the potential mechanisms by immunoprecipitation and RNA deep-sequencing. We will further investigate the changes in transcriptome and histone acetylation in Hdac3 conditional knock-out mice by Pol II ChIP-seq and H3K9ac ChIP-seq. Our proposed project will improve understanding of germ cells specific epigenetic mechanism.

表观遗传修饰（Epigenetic modifications）在胚胎发育、干细胞分化和配子发生过程中发挥了重要的调控作用。出生后雄性配子发生包括精原干细胞自我更新，精母细胞的减数分裂和精子细胞的变形成熟，同时伴随着DNA甲基化、组蛋白甲基化和组蛋白乙酰化等的动态变化。HDAC3是一个调控组蛋白乙酰化修饰的去乙酰化酶，而它在精子发生中的功能以及如何和其他表观遗传因子特异性组合来调控染色质活性等还没有研究报道。目前，我们通过睾丸条件性敲除Hdac3基因的小鼠模型，以及通过转录组深度测序（RNA-seq），免疫沉淀（IP）和染色质免疫沉淀结合深度测序（ChIP-seq）等方法，捕获HDAC3靶向结合序列和揭示HDAC3在精子发生中的作用机制，结合PolⅡ和H3K9ac的ChIP-seq探讨Hdac3敲除对基因转录组活性和染色质组蛋白乙酰化的影响。项目的开展有助于理解精子发生中的表观遗传机制。

从精子发生过程来看，精子发生存在两个重要的转换期，减数分裂的启动和减数分裂到减数分裂后的转换期。已知在视黄酸信号通路的诱导下，STRA8和转录因子MEIOSIN协同作用启动了减数分裂。然而减数分裂到减数分裂后的转换期的表观转录复合体未见报道。通过比对减数分裂粗线期精母细胞和减数分裂后圆形精子阶段的转录组测序与组蛋白表观修饰蛋白染色质免疫沉淀联合高通量测序，判断组蛋白乙酰化酶家族HDAC在其中发挥重要作用。进而对HDAC家族4类不同成员进行发育阶段的表达水平和模式的比较，发现HDAC3高度表达于晚期生精细胞和早期圆形精子。我们用生精细胞特异表达的Vasa-cre, Neurog3-cre, 和Stra8-cre构建了三种HDAC3条件性敲除小鼠，同时构建HDAC3 酶突变knock-in鼠（NS-DADm）和CRISPR/Cas9构建的与HDAC3结合转录因子的全敲小鼠，诠释了减数分裂向减数分裂后转换期的表观转录复合体的功能。