R-loop保障卵母细胞正常成熟的胚胎发育表观遗传稳态机制

染色质修饰的有序建立对卵母细胞成熟至关重要。但R-loop如何参与卵母细胞发育过程中组蛋白修饰之间的互作机制尚未阐明。2026年9月22日，广州国家实验室姚红杰研究员团队，在《Cell Reports》期刊发表题为“The R-loop-SPT6-SETD2 axis safeguards H3K36me3 to prevent broad H3K4me3 invasion in mouse oocytes”的研究论文。该研究以小鼠卵母细胞为模型，揭示了R-loop作为表观遗传关键调控因子的新功能。

标题：The R-loop-SPT6-SETD2 axis safeguards H3K36me3 to prevent broad H3K4me3 invasion in mouse oocytes（R-loop-SPT6-SETD2轴守护H3K36me3、抑制H3K4me3广泛侵入，以保障小鼠卵母细胞正常发育）

发表时间：2026-09-22

发表期刊：Cell Reports

影响因子：IF7.7/Q1

技术平台：微量ChIP-seq、微量RNA-seq、EM-seq等

作者单位：广州实验室、中国科学技术大学、中国科学院广州生物医药与健康研究院、山西农业大学等

DOI:10.1016/J.Celrep.2026.117813

本研究发现，R-loop富集于生发泡（GV）期卵母细胞中高表达基因的启动子近端，R-loop丢失会导致基因体H3K36me3下降、广泛的H3K4me3异常侵入，并伴随转录抑制，从而造成减数分裂进程受阻和卵母细胞成熟受损。在处于转录抑制状态的生发泡（GV）期SN型卵母细胞中，R-loop通过稳定组蛋白伴侣蛋白SPT6，促进组蛋白H3K36甲基转移酶SETD2在特定位点介导转录偶联型组蛋白修饰H3K36me3的沉积，进而抑制H3K4me3异常“侵入”基因体区域、维持母源转录组稳态，最终保障卵母细胞减数分裂成熟与第一极体（PB1）排出。基于上述分析结果，研究提出并验证了关键的“R-loop-SPT6-SETD2”调控轴，并通过dCas9定点招募SETD2或过表达Supt6等功能挽救实验验证由R-loop丢失造成的表观与转录缺陷。研究结果表明，R-loop是维持母源基因组H3K36me3/H3K4me3平衡、保障卵母细胞发育的关键调控因子。

研究亮点

• R-loop保护小鼠SN卵母细胞的H3K36me3谱；

• R-loop丢失导致广泛的H3K4me3侵入和转录抑制；

• R-loop稳定SPT6以促进SETD2介导的H3K36me3沉积；

• 恢复SPT6-SETD2轴可挽救R-loop丢失引起的缺陷。

图形摘要

研究方法

（1）低起始量ULI-nChIP-seq：小鼠SN卵母细胞绘制全基因组H3K36me3与H3K4me3分布图谱。

（2）低起始量KAS-seq：全基因组范围绘制R-loop（单链DNA）图谱，定义R-loop富集位点并评估Rnaseh1过表达后的R-loop丢失效率。

（3）低起始量CUT&RUN：检测SETD2与SPT6在染色质上的占据情况。

（4）EM-seq（酶促甲基化测序）：单碱基分辨率检测DNA甲基化。

关键图形

（1）R-loop保障卵母细胞的发育进程

图1：Rnaseh1过表达会导致SN卵母细胞发育缺陷

（A-D） R-loop在NSN/SN卵母细胞的分布与表达相关性

（F-I） S9.6免疫荧光

（J-K） GVBD与PB1发育数据

（L-P）RNA-seq DEG与R-loop密度关系

（2）R-loop通过维持基因体H3K36me3并阻止H3K4me3异位侵入以保护母源转录组

图2：R-loop丢失对SN卵母细胞中H3K36me3和H3K4me3富集与分布的影响

• 表观修饰富集热图

• H3K36me3小提琴图

• 修饰基因数量统计

• H3K4me3变化火山图

• H3K4me3分布饼图

• 六类动态箱线图

• DEG的H3K36me3富集箱线图

• H3K4me3与H3K36me3基因体变化点图

• H3K4me3与表达变化点图

• R-loop富集基因位点堆积曲线

（3）R-loop丢失后，H3K36me3介导的H3K4me3再分布依赖于启动子区的已有H3K4me3

图3：H3K36me3介导的H3K4me3再分布依赖于SN卵母细胞中R-loop丢失后启动子区已有的H3K4me3

• WT与Setd2-KO卵母细胞的H3K36me3/H3K4me3堆积曲线

• 对照与Cxxc1缺失卵母细胞的对应曲线

• R-loop依赖性H3K36me3基因位点启动子H3K4me3比例饼图

• 启动子有无H3K4me3时基因体H3K4me3与表达变化箱线图

• (E-F) 两类基因的基因组浏览器快照

（4）Rnaseh1过表达影响R-loop富集区域H3K36me3与H3K4me3的平衡

图4：R-loop协调卵母细胞中H3K36me3与H3K4me3的平衡

• R-loop富集下调基因±3kb区域的H3K36me3、H3K4me3与KAS-seq信号热图

• 下调基因启动子KAS-seq富集散点图

• 按高/中/低KAS-seq密度分组的H3K36me3变化累积分布曲线

(D-F) 相应的H3K4me3变化与表达变化、基因组浏览器可视化

(G-I) R-loop非依赖基因的修饰稳定性统计

（5）在R-loop调控位点恢复H3K36me3可以挽救转录缺陷

图5：R-loop通过SPT6促进SETD2占位，从而保障卵母细胞H3K36me3与H3K4me3的表观平衡

• Setd2-KO与WT的表达水平对比

• 按H3K36me3水平分组的表达变化

• R-loop丢失后SETD2富集变化

• 靶位点R-loop水平降低

(E-G) ULI-nChIP-qPCR检测的H3K36me3富集增加、H3K4me3侵入减少及表达恢复

结论和启示

本研究确立了“R-loop–SPT6–SETD2”调控轴在母源基因组中的保护作用。R-loop并非转录活动的被动产物，而是作为关键调控因子将SPT6稳定于染色质上，从而协调H3K36me3与H3K4me3在母源发育过程中的分布。R-loop丢失使基因体H3K36me3减少、广泛的H3K4me3侵入，破坏两者平衡并抑制基因表达，最终导致减数分裂进程缺陷与卵母细胞成熟受损。

参考文献：

Sheng Y, Guo T, Ma Y, Liao J, Guo R, Chan KM, Pan G, Jiang C, Yao H. The R-loop-SPT6-SETD2 axis safeguards H3K36me3 to prevent broad H3K4me3 invasion in mouse oocytes. Cell Rep. 2026 Aug 24;45(9):117813. doi: 10.1016/j.celrep.2026.117813.