Project 4: Epigenetic Regulation of Retrotransposons in the Mouse and Human Germline

项目摘要 生殖细胞在发育过程中经历广泛的表观遗传重编程。在这个关键时期， 逆转录转座子由于全基因组范围内DNA甲基化的消除而被重新激活， 新的DNA甲基化。逆转录转座子，主要是LINE、西内斯和内源性逆转录病毒（统称为 被称为垃圾DNA），占据了哺乳动物基因组的40%。虽然反转录转座子发挥作用， 尽管它们在基因组进化中起着重要作用，但它们的移动可能对基因组的完整性有害。多 表观遗传机制负责在生殖系中沉默反转录转座子：DNA甲基化， 抑制性组蛋白修饰、小RNA和异染色质化。鉴于地球上 逆转录转座子和生殖系基因组完整性的至关重要性， 可能存在反转录转座子沉默。作为支持，我们发现TEX 15，一种生殖细胞特异性的3059-E3 aa， 具有新鉴定的功能结构域的蛋白质，是减数分裂和雄性育性所需的，并且是一种新的 逆转录转座子沉默所必需的表观遗传调节因子。基于这些数据，我们假设TEX 15 是一种新生殖细胞特异性反转录转座子激活调节因子，减数分裂崩溃是 防止雄性生殖细胞传播的终极“故障自动保险”机制， 反转录转座子被过度激活。在这个项目中，我们将1）确定TEX 15-E2介导的 在小鼠雄性生殖细胞发育过程中的表观遗传景观，2）阐明 TEX 15功能的分子机制，以及3）筛选反转录转座子激活和利用 全外显子组测序，以鉴定损害表观遗传沉默的基因突变， 无精子症男性睾丸活检中的反转录转座子。总之，这些研究将确定新的因素， 逆转录转座子的沉默，并提供人类男性不育症的病因学的重要见解。

Project Summary   Germ cells undergo extensive epigenetic reprogramming during development. During this critical period,  retrotransposons are reactivated due to genome-­wide erasure of DNA methylation and are re-­silenced by de  novo DNA methylation. Retrotransposons, mainly LINEs, SINEs, and endogenous retroviruses (collectively  referred to as junk DNA), occupy 40% of the mammalian genome. Although retrotransposons play an  important role in genome evolution, their mobilization could be detrimental to genome integrity. Multiple  epigenetic mechanisms are responsible for silencing retrotransposons in the germline: DNA methylation,  repressive histone modification, small RNAs, and heterochromatinization. Given the extreme abundance of the  retrotransposons and the paramount importance of germline genome integrity, novel mechanisms for  retrotransposon silencing may exist. In support, we have found that TEX15, a germ cell-­specific 3059-­aa  protein with a newly identified functional domain, is required for meiosis and male fertility, and is a novel  epigenetic regulator essential for retrotransposon silencing. Based on these data, we hypothesize that TEX15  is a novel germ cell-­specific regulator of retrotransposon activation and that meiotic collapse is the  ultimate “fail-­safe” mechanism for preventing transmission of male germ cells in which  retrotransposons are inordinately activated. In this project, we will 1) determine the TEX15-­mediated  epigenetic landscape during male germ cell development in mouse using genomic approaches, 2) elucidate  molecular mechanisms underlying TEX15 function, and 3) screen for retrotransposon activation and utilize  whole exome sequencing to identify genetic mutations that compromise epigenetic silencing of  retrotransposons in testis biopsies from azoospermic men. Together, these studies will identify novel factors in  the silencing of retrotransposons and provide essential insights into the etiology of male infertility in humans.