性染色体依赖的表观遗传调控机制决定了发育中的小鼠杏仁核中芳香化酶启动子区域H4乙酰化的性别特异性

《Biology of Sex Differences》：Sex chromosome–dependent epigenetic regulation underlies sex-specific H4 acetylation at the aromatase promoter in the developing mouse amygdala

大脑性分化受性染色体和表观遗传调控影响，研究显示XX胚胎的DNA甲基转移酶和组蛋白去乙酰化酶表达更高，而乙酰化H4在雄性神经元Cyp19a1启动子富集，表明组蛋白修饰在香草醛酶表达中起关键作用。

　　

摘要

背景

大脑的性别分化是一个复杂的发育过程，受到遗传和激素因素的调控，最终导致成年后出现性别特异性的生理和行为特征。在哺乳动物中，性染色体组合（SCC）通过在XX和XY细胞中编码不同的遗传信息来参与这一过程。此外，在胚胎第14天（E14）时，SCC会上调XY胚胎杏仁核神经元中的芳香化酶和雌激素受体β（ERβ）的表达。这些分子在随后的性别分化关键时期（E17-PN10）对神经回路的类固醇依赖性编程起着至关重要的作用。由于表观遗传机制在特定目标基因表达中起着关键作用，因此我们旨在更好地理解它们对大脑性别分化的影响。

方法

我们采用了四种核心基因型小鼠模型来研究不同脑区（杏仁核、下丘脑和皮层）中的DNA甲基化和组蛋白去乙酰化相关的表观遗传机制，通过RT-qPCR技术揭示E14阶段的表观遗传图谱。随后建立了杏仁核原代神经元培养物，以评估Cyp19a1（芳香化酶）和Esr2（ERβ）的表达的表观遗传调控情况。为了评估这一点，我们使用了zebularine药物来抑制DNA甲基化，并进行了染色质免疫沉淀（ChIP-qPCR）实验。

结果

在XX胚胎中，DNA甲基转移酶3a和3b以及组蛋白去乙酰酶2和8的性别特异性表达在特定区域和发育阶段上均高于XY胚胎。在测试条件下，药物抑制DNA甲基化并未显著改变雄性或雌性杏仁核神经元培养物中的芳香化酶表达。然而，ChIP-qPCR实验显示，在雄性培养物中Cyp19a1启动子区域发现了乙酰-H4的选择性富集现象，而在雌性培养物中未观察到这一现象。在Esr2启动子区域未检测到任何显著的表观遗传标记富集。

结论

组蛋白H4的乙酰化有助于促进之前在雄性神经元中观察到的较高水平的Cyp19a1表达。我们的发现支持这样一个模型：SCC在芳香化酶的表观遗传调控中起作用，而芳香化酶是参与雄性大脑激素驱动性别分化过程中的关键酶。此外，两条X染色体的存在在早期发育过程中塑造了大脑独特的表观遗传图谱，突显了染色体性别对神经发育编程的影响。