我院范衡宇课题组于Science Bulletin杂志在线发表题为DHX36-mediated G-quadruplexes unwinding is essential for oocyte and early embryo development in mice的研究长文。该研究首次发现哺乳动物卵母细胞和早期胚胎发育过程中G-四链体（G-quadruplex, G4）结构的形成与DHX36的分布具有时空一致性，揭示了DHX36参与结合与解开DNA及pre-rRNA上的G4结构，参与调控染色质构象、基因转录和pre-rRNA剪切加工等过程，从而维持哺乳动物雌性生殖过程中的排卵、卵子成熟与早期胚胎发育等功能。
G4是由富含鸟嘌呤的DNA或RNA序列通过四个鸟嘌呤之间的Hoogsteen氢键配对形成的特殊核酸二级结构 [1]。此前，DHX36 （又名RHAU）被报道为一种从人类细胞裂解液中捕获和纯化的G4解旋酶 [2]。已有研究表明，DHX36通过解开G4结构，参与细胞内转录及转录后过程，在精子发生和心脏发育 [3，4] 等生理过程中发挥重要作用。然而，DHX36在哺乳动物卵子和早期胚胎发育中的功能尚不明确。
研究团队首先利用条件性敲除（CKO）小鼠模型，揭示了DHX36缺失对于雌性生殖过程中的激素响应、排卵、卵母细胞成熟和早期胚胎发育造成的严重影响。进一步，研究者发现DHX36缺失导致卵母细胞染色质构象异常，伴随着染色质开放性的显著降低。其中，核仁类似体（Nucleolus-like Body, NLB）结构体积明显增加，异染色质凝集斑块明显缩小，且多种组蛋白修饰（H3K4me3, H3K9me3和H3K27me3）水平显著降低。ATAC-Seq进一步揭示，虽然整体染色质开放性在转录起始位点（TSS）和rDNA编码区域显著降低，但是G4基序（G4 motif）却在显著富集。同时，RNA-seq揭示了DHX36在维持母源转录本稳态中的功能。
此外，研究者发现pre-rRNA的转录和加工过程也受到了严重影响。具体而言，DHX36缺失导致pre-rRNA水平在生长早期的卵母细胞（Growing Oocytes, GO）中表达不足，在生长晚期的卵母细胞（Fully-grown Oocytes, FGO）中异常累积，并伴随着细胞中整体翻译活性的显著下降。进一步，研究者使用小分子荧光探针和G4抗体，发现G4结构在DHX36敲除的卵母细胞核中显著累积。有意思的是，DHX36在卵母细胞和早期胚胎发育的各个阶段特异性地富集在rDNA和pre-rRNA富集在核仁相关结构中。体外实验表明，DHX36蛋白能够特异性地与rDNA G4序列以及pre-rRNA结合。外源过表达的DHX36蛋白能够强力地结合在卵母细胞的核仁相关区域，并且一定程度上减轻pre-rRNA在敲除卵母细胞中的累积。
该研究首次揭示了DHX36在卵子质量维持和雌性生育力保护过程中的关键作用及潜在机制，这一过程主要涉及DHX36蛋白作为G4解旋酶参与DNA G4结构及RNA G4结构的解旋，为临床上不孕不育女性卵子质量的研究提供重要参考。
图1：DHX36在小鼠卵母细胞中通过调控DNA/RNA G4结构的解旋从而参与染色质构象和rRNA前体的加工过程。
我院范衡宇课题组的博士研究生焦宇萱为本文第一作者。课题组成员布国伟博士、陈宝宝博士、吴韵雯博士（已毕业）、博士研究生吴雨珂为该研究提供了帮助。广东工业大学卢宇靖教授及课题组成员也对本研究提供了大力支持。该研究获得了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金、浙江省自然科学基金项目和浙江省重点研发计划等项目资助。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.scib.2025.02.017
参考文献：
[1] Spiegel J, Adhikari S, Balasubramanian S. The structure and function of DNA G-quadruplexes. Trends Chem 2020; 2:123-136.
[2] Vaughn JP, Creacy SD, Routh ED et al. The DEXH protein product of the DHX36 gene is the major source of tetramolecular quadruplex G4-DNA resolving activity in HeLa cell lysates. J Biol Chem. 2005; 280:38117-38120.
[3] Zhang K, Zhang T, Zhang Y et al. DNA/RNA helicase DHX36 is required for late stages of spermatogenesis. J Mol Cell Biol 2023; 14:mjac069.
[4] Nie J, Jiang M, Zhang X et al. Post-transcriptional regulation of Nkx2-5 by RHAU in heart development. Cell Rep 2015; 13:723-732.
