果蝇精原细胞早期发育的增强子基因调控网络解析揭示干细胞微环境调控新机制

本研究通过单细胞多组学技术解析了果蝇睾丸顶端10,335个细胞的基因表达和染色质可及性图谱，构建了147个细胞类型特异性增强子-基因调控网络(eRegulon)。研究首次发现ovo和klumpfuss等转录因子在精原干细胞(GSC)维持中的关键作用，揭示了经典Wnt信号通过Pangolin/Tcf调控生殖系、体细胞和微环境细胞的三系协同机制，为理解干细胞微环境调控提供了新范式。

　　

在生命科学领域，干细胞如何通过复杂的基因调控网络维持自我更新和分化平衡，一直是未解之谜。果蝇睾丸作为经典的干细胞研究模型，其顶端微环境包含生殖系干细胞(GSC)、体细胞囊泡干细胞(CySC)和静止的hub细胞，为研究多细胞互作提供了理想体系。虽然已知JAK-STAT、BMP等信号通路参与调控，但染色质层面的调控机制仍如"黑箱"。海德堡大学的研究团队在《Nature Communications》发表的研究，通过创新性的单细胞多组学技术，首次绘制了果蝇睾丸早期发育的全景式调控图谱。

研究采用10x Genomics Multiome平台对10,335个睾丸顶端细胞进行snRNA-seq和snATAC-seq联合测序，结合SCENIC+算法构建增强子调控网络，并通过CRISPR-Cas9介导的谱系特异性基因敲除进行功能验证。特别关注了稀有干细胞群体的捕获，采用微解剖技术富集睾丸顶端微环境细胞。

"单细胞RNA-seq分析鉴定果蝇睾丸早期生殖系和体细胞群体"部分显示，数据集成功区分了GSC、精原细胞(Sp-2至Sp-16)等13个生殖系群体和5个体细胞群体。通过scVelo推断的潜时间分析发现，生殖系分化伴随显著的转录重编程，而体细胞则呈现持续的基因表达上调。

"染色质可及性特征"部分揭示，生殖系细胞染色质开放区域(34,837个)显著多于体细胞(29,085个)，且在16细胞精原细胞(Sp-16)达到峰值。Motif分析发现Ovo、Mad等TF结合位点在早期生殖系富集，而Stat92E、Tj等则在体细胞中活跃。

"eRegulon揭示细胞特异性转录调控因子"部分鉴定出103个激活型和44个抑制型eRegulon。其中ovo和klu在GSC中形成共调控模块，靶向nos、stg等干细胞维持基因；achi和vis则在次级精母细胞(2°Sc)协同调控减数分裂相关基因。

"Wnt信号通路的调控机制"部分发现，hub细胞分泌的DWnt4/6通过frizzled(fz)受体激活生殖系中的Pangolin/Tcf(Pan)，调控lola等干细胞维持基因。有趣的是，体细胞中Ci通过R6+R7增强子同时调控DWnt6和wingless(wg)表达，形成Hh-Wnt信号交叉对话。

研究结论指出，该工作首次系统解析了睾丸发育的增强子调控逻辑，发现ovo/klu等"非经典"干细胞调控因子，阐明Wnt信号的三系协调作用。建立的交互式数据库dAWA为干细胞研究提供了宝贵资源。这些发现不仅深化了对果蝇生殖发育的理解，也为哺乳动物精子发生异常等生殖疾病研究提供了新视角。