皮质下母源复合体SCMC调控早期胚胎表观重编程新机制取得进展

卵母细胞-胚胎转变是哺乳动物胚胎着床前发育的关键过程，标志着胚胎调控机制从依赖母源物质向依赖胚胎物质的转换，包括表观修饰重编程与合子基因组激活等特异生理事件在此期间发生。例如，受精后DNA甲基化大规模擦除和印记区特定维持；H3K4me3和H3K27me3等组蛋白修饰在小鼠合子基因组激活发生的2-cell晚期从非经典向经典模式的转变等。一般认为，卵母细胞储存的母源物质在卵母细胞-胚胎转变过程中发挥关键作用。受研究材料和技术制约，相关领域长期进展缓慢。近期发展的微量测序和人工智能等技术为相关领域发展带来契机。2008年首次报道的卵母细胞和早期胚胎特异性表达的皮质下母源复合体SCMC，为揭示卵母细胞-胚胎转变过程的分子机制提供了工具。

SCMC由核心组分和非核心组分KHDC3等10多种高丰度表达的母源蛋白共同构成，主要定位于胞质并富集于皮质区。小鼠SCMC相关组分的母源敲除影响卵母细胞-胚胎转变过程并导致胚胎发育延迟或停滞于卵裂期。在人类中，SCMC相关基因突变与多种生殖障碍高度相关，包括受精失败、早期胚胎停育、复发性流产及葡萄胎等。

SCMC已成为哺乳动物早期胚胎母源调控和人类女性生殖医学研究的热点和新方向。近期的SCMC研究取得进展，中国科学院动物研究所李磊团队联合四川大学华西第二医院邓东团队，利用冷冻电镜技术解析小鼠和人类SCMC核心复合体（SCMCcore）的三维结构，并揭示SCMC通过稳定14-3-3蛋白调控小鼠早期胚胎的细胞周期。这为理解hSCMC突变导致胚胎发育停滞等女性生殖疾病的发病机制提供了线索。值得注意的是，大量病例报道人类SCMC组分突变导致早期胚胎或卵母细胞母源印记区域DNA甲基化的异常，提示SCMC参与表观修饰调控。然而，对于胞质定位的SCMC如何调控细胞核内表观修饰事件这一科学问题，仍缺乏明确的分子机制解释。

李磊团队联合广州医科大学附属第三医院高征团队、清华大学颉伟团队、四川大学华西第二医院邓东团队等，在《自然-结构与分子生物学》（Nature Structural Molecular Biology）上发表了题为The subcortical maternal complex safeguards mouse oocyte-to-embryo transition by preventing nuclear entry of SPIN1的研究成果。该研究揭示SCMC组分KHDC3通过维持表观调控因子SPIN1的胞质定位，确保小鼠卵母细胞-胚胎转变过程中H3K4me3重编程和合子基因组激活正常进行。这不仅阐明了SCMC调控早期胚胎发育的新机制，凸显了母源蛋白的定位改变在胚胎表观修饰重塑等生物学事件中的意义，也为人类SCMC突变导致生殖疾病的研究提供了理论参考。

该研究通过整合多组mSCMC沉淀-质谱数据，鉴定出SCMC复合物的新成员SPIN1。已有研究表明，SPIN1在普通细胞系中主要定位于细胞核，并与H3K4me3修饰高度结合调控基因表达，但在小鼠卵母细胞和早期胚胎中该蛋白主要呈现胞质定位。研究通过系统的生物化学实验，证实这种定位模式是由SPIN1与KHDC3的C端无序区直接相互作用实现的。结合Alphafold3的蛋白结构预测，研究重建了SCMCcore- KHDC3/SPIN1的蛋白结构模型，揭示了该复合物的分子互作基础。

该研究借助基因敲除小鼠模型发现，在母源KHDC3缺失以及SCMCcore敲除的卵母细胞和早期胚胎中SPIN1表达水平显著下调，并伴随其异常核定位。免疫荧光染色证实，异常入核的SPIN1可与H3K4me3结合共定位于染色体上。研究通过显微注射技术，在受精卵中表达带有核定位信号的SPIN1，模拟SPIN1的异常入核现象，并发现该过程以剂量依赖的方式损害胚胎发育及H3K4me3重编程。利用STAR ChIP-seq等测序技术，研究在过表达入核SPIN1和KHDC3母源敲除的晚期2-cell胚胎中，进一步观察到明显的H3K4me3重编程受阻。分子机制上，SPIN1与H3K4me3的高亲和力结合阻碍KDM5B去甲基化酶对H3K4me3的识别，从而干扰正常的组蛋白去甲基化。更重要的是，使用抑制剂阻断SPIN1与H3K4me3的结合能够部分挽救KHDC3缺失胚胎的发育缺陷。

该研究发现，胞质定位的KHDC3通过调控具有表观修饰调控功能的SPIN1定位，在卵母细胞-胚胎转变过程中发挥 分子门控 作用，确保H3K4me3重编程和合子基因组激活正常进行。这为剖析母源-合子转换的表观遗传调控机制提供了新视角。

研究工作得到国家和国家重点研发计划等的支持。

研究模式图