Nat Commun背靠背｜人SCMC复合体如何调控早期胚胎DNA甲基化的潜在机制|dna|复合体|母源|甲基化|细胞|蛋白

卵母细胞是哺乳动物体内最大的细胞，它像一座精心储备的“分子仓库”，储存了大量特异的母源蛋白，为早期胚胎发育提供关键支持。在小鼠卵母细胞中，多种高丰度母源蛋白—— NLRP5 （ MATER ）、 TLE6 、 OOEP （ FLOPED ）、 KHDC3 （ FILIA ）、 NLRP4F 、 ZBED3 ，以及 PADI6 和 NLRP 家族成员（ NLRP2 、 NLRP9 ）——共同组成了皮层下母源复合体（ mouse subcortical maternal complex,mSCMC）【1, 2】。类似地，人类卵母细胞中也存在由同源蛋白 NLRP5 、 TLE6 、 OOEP 、 KHDC3L 、 PADI6 、 NLRP2 以及人类特异的 NLRP7 构成的hSCMC（ human SCMC ）。这些组分的异同，体现了 SCMC 在物种进化中的差异性与保守性。一系列研究表明， mSCMC 参与形成卵母细胞胞质中一种特有的纤维状结构——胞质晶格（ cytoplasmic lattices,CPLs）。最近，研究人员解析了 SCMC 核心组分相关结构【3-5】。小鼠模型显示， SCMC 相关基因敲除不仅导致 CPLs 组装异常，还会严重影响早期胚胎发育与雌性的生育能力。

在人类中， hSCMC 相关基因的母源突变与约 9% 的早期胚胎发育失败相关【6】。例如，四川大学华西二院邓东团队及其合作者在近期发现， TLE6 通过 14-3-3 蛋白、 PADI6 通过 UHRF1-UBE2D 通路，分别调控早期胚胎发育【7, 8】。更值得注意的是，这些突变还常引起母源印记区域甲基化缺失，进而导致葡萄胎（ Hydatidiform mole,HM）或子代出现多位点印记紊乱（ multilocus imprinting disturbances,MLID）等生殖和发育疾病。其中， NLRP7 和 KHDC3L 的突变分别与 55% 和 5% 的家族性反复葡萄胎（ Familial Recurrent Hydatidiform mole, FRHM ）相关【9】。在这些葡萄胎样本中，母源印记甲基化广泛缺失，而父源印记保持正常，提示 NLRP7 或 KHDC3L 突变扰乱了卵母细胞或早期胚胎中母源印记的建立或维持。尽管 NLRP7 突变卵母细胞的 DNA 甲基化模式尚未见报道，但 KHDC3L （ M1V ）纯合突变的卵母细胞全基因组甲基化测序结果，进一步支持了卵母细胞时期 DNA 甲基化建立失败的推论【10】。然而，一个关键问题仍悬而未决：定位于胞质的蛋白或蛋白复合体，究竟如何影响细胞核内基因组DNA甲基化的正常建立？

新突破： NLRP7 突变致葡萄胎母源印记区域 DNA 甲基化缺失的机制被揭示

近期，广州医科大学附属第三医院生殖中心刘见桥/李磊/高征团队，联合中国科学院动物研究所器官再生与智造全国重点实验室李磊团队以及四川大学华西二院邓东团队，在 Nature Communications 上发表题为 TCL1A mediates DNA methylation defects in recurrent hydatidiform mole with NLRP7 pathogenic variants 的研究成果，首次阐明了NLRP7突变导致DNA甲基化异常的机制。

研究团队首先检测了小鼠中 SCMC 核心组分 NLRP5 及 KHDC3 （ KHDC3L 同源基因）缺失的卵母细胞 DNA 甲基化模式，发现这两个基因的母源缺失并未显著影响甲基化建立。这一结果提示小鼠与人类之间存在差异，也凸显了直接使用人类材料开展研究的必要性。为此，团队利用人类废弃卵母细胞和早期胚胎，通过 Co-IP 联合质谱技术，筛选与 NLRP5 、 NLRP7 及 KHDC3L 相互作用的 DNA 甲基化相关蛋白。体内外生化实验发现， DNMT3A 的抑制蛋白 TCL1A 能够与 NLRP7 互作，并参与 SCMC 复合体。借助冷冻电镜技术，团队体外重构了 NLRP7-TCL1A 复合体结构，发现其存在两种形式：一种为单体的 NLRP7 通过 LRR 结构域结合 TCL1A 二聚体；另一种占多数的二聚体形式则由上述单体通过 NLRP7 相互“拥抱”而成。

更重要的是，对目前已报道的 NLRP7 致病突变进行系统性分析后发现， 75.8% 的突变破坏了 NLRP7 与 TCL1A 的相互作用，其中部分热点突变恰好位于二者互作界面上。这强烈提示 TCL1A 可能介导了 NLRP7 突变的致病过程。

进一步免疫荧光染色显示， TCL1A 在人 GV 期卵母细胞中主要定位于胞质，而受精后则明显向核内富集。在细胞或小鼠 GV 期卵母细胞中过表达野生型 NLRP7 （而非突变型）可将 GFP-TCL1A “锚定”在胞质中。入核后的 TCL1A 能够结合并抑制 DNMT3A 的活性。利用 mESCs 向 fPSCs 分化的模型（该过程中 DNA 甲基化水平从 10% 上升至 70% 以上），研究证实 TCL1A 过表达对 DNA 甲基化具有强烈抑制作用，而共表达 NLRP7 则可部分“中和”这一抑制效应。最后，通过生物信息学预测及与 TCL1A 互作能力检测，团队从反复葡萄胎患者家系中鉴定出 NLRP7 新突变 L766R 为致病突变，并指出与 TCL1A 的结合能力可作为评估 NLRP7 突变致病性的重要指标之一。

综合上述发现，研究提出了NLRP7突变导致DNA甲基化异常的机制模型：NLRP7致病性变异削弱其与TCL1A的相互作用，导致TCL1A在核内积聚，进而结合并抑制DNMT3A，阻碍人类卵子发生过程中的DNA从头甲基化。

值得一提的是，此前李磊、高征、邓东及颉伟团队的合作研究发现，小鼠中 KHDC3 突变会导致其结合蛋白 SPIN1 入核增加，过度结合 H3K4me3 并影响重编程过程【11】。这类相似的调控模式暗示，胞质中的 SCMC/CPLs 可能通过结合并“束缚”关键表观调控因子，参与核内表观修饰的正常调控。

广州医科大学第三附属医院生殖中心高征助理研究员、李磊副研究员，四川大学华西二院刘卿婷博士和胡婷主任医师为论文共同第一作者；刘见桥教授、李磊教授、邓东教授为共同通讯作者。山东大学卢绪坤副研究员，中科院动物研究所武雨、秦丹丹博士、王晓晓博士、谷晨、徐承鹏博士、周丹，华西二院李金虹、周帆，广州医科大学附属第三医院白燕玲和康祥锦副研究员也作出了重要贡献。

并行研究： TCL1A 抑制 DNMT3A 的变构机制获解析

在同一期中，广州医科大学附属第三医院高征博士联合四川大学华西二院邓东团队联合和中科院动物所李磊团队，发表了题目为 Molecular basis for the inhibition of de novo DNA methylation by TCL1A 的研究，进一步揭示了TCL1A对DNMT3A的抑制机制。

研究团队利用单颗粒冷冻电镜技术解析了 DNMT3A – TCL1A 复合体的高分辨率结构，发现 TCL1A 以二聚体形式结合 DNMT3A 催化结构域，诱导其发生显著构象重排，从而同时干扰 DNA 底物结合与甲基供体 SAM 的进入。体外生化实验证实， TCL1A 不仅显著降低 DNMT3A 的 DNA 与 SAM 结合能力，还以类似机制抑制 DNMT3B 的酶活。分子动力学模拟支持“构象可塑性驱动的动态抑制模型”： TCL1A 增强催化环的柔性并封闭 SAM 结合口袋，从而稳定抑制构象。

在细胞水平上，全基因组亚硫酸盐测序（ WGBS ）结果显示， TCL1A 过表达可显著降低全基因组 DNA 甲基化水平，其效应与 DNMT3A/3B 双敲除相当，而破坏与 DNMT3 结合的 TCL1A 突变体则无法抑制 DNA 甲基化的建立。该研究通过结构解析、生化验证、分子模拟与基因组测序的整合分析，全面揭示了TCL1A作为关键负调控因子，通过变构机制抑制从头DNA甲基化的分子基础。值得关注的是， TCL1A 的异常表达是 T 细胞急性淋巴细胞白血病的重要驱动因素，本研究也为该领域的表观调控机制研究提供了重要参考。

高征助理研究员、邓东教授以及李磊教授为共同通讯作者。四川大学生物治疗全国重点实验室刘卿婷博士、李金虹博士，中科院动物所博士后王晓晓博士，以及瑞典于默奥大学李耀宗博士为本文共同第一作者。四川大学华西第二医院的王祥研究员、郭丽助理研究员、韩卓助理研究员；华西医院的袁刚研究员，郭梓鑫博士以及中科院动物研究所的武雨也做出了重要贡献。

总结

这两项研究系统揭示了NLRP7-TCL1A-DNMT3A通路在葡萄胎发生中的潜在作用，不仅为临床相关疾病的诊断提供了新参考，也深化了我们对人类卵母细胞表观遗传修饰调控机制的理解。

NLRP7 突变通过 TCL1A-DNMT3A 导致 DNA 甲基化建立异常的模型

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-69744-y

https://www.nature.com/articles/s41467-025-67710-8

制版人：十一

参考文献

1 Li, L., Baibakov, B. & Dean, J. A subcortical maternal complex essential for preimplantation mouse embryogenesis.Developmental cell15 , 416-425, doi:10.1016/j.devcel.2008.07.010 (2008).

2 Bebbere, D., Albertini, D. F., Coticchio, G., Borini, A. & Ledda, S. The subcortical maternal complex: emerging roles and novel perspectives.Molecular human reproduction27 , doi:10.1093/molehr/gaab043 (2021).

3 Ou, G. et al. Structural assembly of the subcortical maternal complex SCMC.Structure34 , 20-31 e27, doi:10.1016/j.str.2025.09.009 (2026).

4 Chi, P. et al. Structural basis of the subcortical maternal complex and its implications in reproductive disorders.Nature structural & molecular biology31 , 115-124, doi:10.1038/s41594-023-01153-x (2024).

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6 Zhang, C. et al. Genetic architecture and phenotypic diversity of oocyte and early embryo competence defects in female infertility.Nature medicine32 , 72-81, doi:10.1038/s41591-025-04001-1 (2026).

7 Han, Z. et al. The subcortical maternal complex modulates the cell cycle during early mammalian embryogenesis via 14-3-3.Nat Commun15 , 8887, doi:10.1038/s41467-024-53277-3 (2024).

8 Li, J. et al. The maternal PADI6-UHRF1-UBE2D complex regulates ubiquitination during oocyte maturation and embryogenesis.Nature structural & molecular biology, doi:10.1038/s41594-026-01758-y (2026).

9 Slim, R. et al. Biallelic NLRP7 variants in patients with recurrent hydatidiform mole: A review and expert consensus.Human mutation43 , 1732-1744, doi:10.1002/humu.24439 (2022).

10 Demond, H. et al. A KHDC3L mutation resulting in recurrent hydatidiform mole causes genome-wide DNA methylation loss in oocytes and persistent imprinting defects post-fertilisation.Genome Med11 , 84, doi:10.1186/s13073-019-0694-y (2019).

11 Xu, C. et al. The subcortical maternal complex safeguards mouse oocyte-to-embryo transition by preventing nuclear entry of SPIN1.Nature structural & molecular biology32 , 1358-1372, doi:10.1038/s41594-025-01538-0 (2025).

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