合作文章|新格元生信分析助力南通大学男性无精症研究

发布时间：2020-02-21 13:45:37  

2020年2月6日，由南通大学孙斐教授团队和新格元生物科技有限公司通力合作，在杂志《Journal of Assisted Reproduction and Genetics》上发表了关于男性无精症的研究成果，文章题目为：Unraveling epigenomic abnormality in azoospermic human males by WGBS, RNA-Seq, and transcriptome profiling analyses。

本文对睾丸组织进行全基因组甲基化和转录组测序，结合新格元强大的生信分析能力，确定了睾丸细胞的基因组甲基化紊乱是导致男性NOA的原因之一。

从庞大的数据集中挖掘出有效信息，依赖于强大的分析团队和硬核的数据挖掘能力，本文的发表充分体现出新格元生信分析的实力！下面我们就来看看文章的详细内容。

一、研究背景

精子发生是一个高度协调的过程，精原干细胞的维持、分化以及随后的减数分裂是精子发生的关键事件。然而，10%-15%的不孕夫妇中有相当一部分是男性无精子症。无精子症可分为梗阻性无精子症（OA）和非梗阻性无精子症（NOA）。

然而我们对这两种亚型的表观遗传修饰作用仍然知之甚少。表观遗传修饰经常发生在精子发生过程中，先前对OA和NOA的转录组分析揭示了这两种疾病亚型的不同转录特征。本文将基因组DNA甲基化与基因表达相关联，研究OA与NOA的关系。

二、研究内容

1)、基因功能区的保守与非保守分析

为了解OA和NOA患者DNA甲基化的差异，研究绘制了6个睾丸组织样本的DNA甲基化图谱。其中包括基因功能区和基因上下游2K范围内的甲基化分布，以揭示睾丸基因组甲基化模式，并构建详细的甲基化图谱。图1显示了整个基因组中NOA和OA的甲基化水平和差异，发现OA和NOA患者的甲基化图谱基本一致，有显著差异的区域位于genebody的上游和下游2K区域。

图1

基于这些发现，研究确定了6个样本中4个不同甲基化基因功能区（CGI、genebody、启动子和TEs）的甲基化水平，观察到OA和NOA患者被有效分离。图2显示四个功能区的NOA组的熵值明显低于OA组，表明NOA组在四个功能区的非保守性更高。另外，OA和NOA组在每个功能区共享的非保守区比例较低，表明这两种疾病亚型之间的表观遗传模式不同。

图2

2)、DNA甲基化与基因表达的相关性

前面证实了两种疾病亚型之间的表观遗传模式不同，但是不同在哪里呢？

DNA甲基化的变化深刻地影响着基因表达模式，火山图（图3）显示了基因组不同功能区（genebody、启动子、genebody GCI和GCI启动子）甲基化水平和基因表达之间的关系。OA组不同基因区的甲基化水平和基因表达一致性高，而NOA组的一致性较低。OA组甲基化水平整体较低，而基因表达水平明显高于NOA组。DNA甲基化水平与基因表达水平呈负相关，说明表观遗传修饰对无精子症患者的转录水平表型具有调节作用。

图3

3)、表观遗传修饰功能区与代谢途径的相关性

两种疾病亚型之间除了遗传修饰对转录水平表型的调节作用不同外，不同功能区的功能意义也不相同。

为了进一步探讨不同功能区的功能意义，研究进行了GO分析（图4）。NOA基因表观遗传修饰的基因主要与代谢途径和激素反应有关，如减数分裂细胞周期、生殖过程的正调控等。结果表明，生殖相关基因的DNA甲基化水平存在明显的紊乱。同时，OA组的表观遗传主要与细胞形态有关。这与OA患者的临床分型一致，即发病原因与生殖功能无关，而与精子的物理传递有关。

图4

三、研究结论

本研究结合了DNA甲基化和bulk转录组分析确定了睾丸细胞的基因组甲基化紊乱是导致男性NOA的原因之一。这不仅为人类睾丸细胞的研究提供了有价值的知识，而且为进一步研究生殖相关疾病提供了有见地的信息。

四、原文链接

Wu X, Luo C, Hu L, et al. Unraveling epigenomic abnormality in azoospermic human males by WGBS, RNA-Seq, and transcriptome profiling analyses[J]. Journal of Assisted Reproduction and Genetics, 2020: 1-14.

DOI: 10.1007/s10815-020-01716-7