Repositorio
Institucional

Kelsey, Gavin

Transcriptome and DNA methylation profiling during the NSN to SN transition in mouse oocytes

BMC

BMC MOLECULAR AND CELL BIOLOGY

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BackgroundDuring the latter stages of their development, mammalian oocytes under dramatic chromatin reconfiguration, transitioning from a non-surrounded nucleolus (NSN) to a surrounded nucleolus (SN) stage, and concomitant transcriptional silencing. Although the NSN-SN transition is known to be essential for developmental competence of the oocyte, less is known about the accompanying molecular changes. Here we examine the changes in the transcriptome and DNA methylation during the NSN to SN transition in mouse oocytes.ResultsTo study the transcriptome and DNA methylation dynamics during the NSN to SN transition, we used single-cell (sc)M&T-seq to generate scRNA-seq and sc-bisulphite-seq (scBS-seq) data from GV oocytes classified as NSN or SN by Hoechst staining of their nuclei. Transcriptome analysis showed a lower number of detected transcripts in SN compared with NSN oocytes as well as downregulation of 576 genes, which were enriched for processes related to mRNA processing. We used the transcriptome data to generate a classifier that can infer chromatin stage in scRNA-seq datasets. The classifier was successfully tested in multiple published datasets of mouse models with a known skew in NSN: SN ratios. Analysis of the scBS-seq data showed increased DNA methylation in SN compared to NSN oocytes, which was most pronounced in regions with intermediate levels of methylation. Overlap with chromatin immunoprecipitation and sequencing (ChIP-seq) data for the histone modifications H3K36me3, H3K4me3 and H3K27me3 showed that regions gaining methylation in SN oocytes are enriched for overlapping H3K36me3 and H3K27me3, which is an unusual combination, as these marks do not typically coincide.ConclusionsWe characterise the transcriptome and DNA methylation changes accompanying the NSN-SN transition in mouse oocytes. We develop a classifier that can be used to infer chromatin status in single-cell or bulk RNA-seq data, enabling identification of altered chromatin transition in genetic knock-outs, and a quality control to identify skewed NSN-SN proportions that could otherwise confound differential gene expression analysis. We identify late-methylating regions in SN oocytes that are associated with an unusual combination of chromatin modifications, which may be regions with high chromatin plasticity and transitioning between H3K27me3 and H3K36me3, or reflect heterogeneity on a single-cell level.AntecedentesDurante las últimas etapas de su desarrollo, los ovocitos de mamíferos experimentan una drástica reconfiguración de la cromatina, pasando de un nucléolo no rodeado (NSN) a un nucléolo rodeado (SN), y el silenciamiento transcripcional concomitante. Aunque se sabe que la transición NSN-SN es esencial para la competencia del desarrollo del ovocito, se sabe menos sobre los cambios moleculares que la acompañan. Aquí examinamos los cambios en el transcriptoma y la metilación del ADN durante la transición de NSN a SN en ovocitos de ratón.ResultadosPara estudiar la dinámica del transcriptoma y la metilación del ADN durante la transición de NSN a SN, utilizamos scM&T-seq de célula única (sc) para generar datos de scRNA-seq y sc-bisulfito-seq (scBS-seq) de ovocitos GV clasificados como NSN o SN por tinción de Hoechst de sus núcleos. El análisis del transcriptoma mostró un menor número de transcritos detectados en ovocitos SN en comparación con ovocitos NSN, así como una regulación negativa de 576 genes, que estaban enriquecidos en procesos relacionados con el procesamiento del ARNm. Utilizamos los datos del transcriptoma para generar un clasificador que puede inferir la etapa de la cromatina en conjuntos de datos de scRNA-seq. El clasificador se probó con éxito en múltiples conjuntos de datos publicados de modelos de ratón con un sesgo conocido en las proporciones NSN:SN. El análisis de los datos de scBS-seq mostró un aumento de la metilación del ADN en ovocitos SN en comparación con ovocitos NSN, que fue más pronunciado en regiones con niveles intermedios de metilación. La superposición con datos de inmunoprecipitación y secuenciación de cromatina (ChIP-seq) para las modificaciones de histonas H3K36me3, H3K4me3 y H3K27me3 mostró que las regiones que ganan metilación en ovocitos SN están enriquecidas para H3K36me3 y H3K27me3 superpuestas, que es una combinación inusual, ya que estas marcas no suelen coincidir. Conclusiones Caracterizamos los cambios en el transcriptoma y la metilación del ADN que acompañan la transición NSN-SN en ovocitos de ratón. Desarrollamos un clasificador que puede usarse para inferir el estado de la cromatina en datos de RNA-seq de células individuales o en masa, lo que permite la identificación de la transición de cromatina alterada en knockouts genéticos y un control de calidad para identificar proporciones NSN-SN sesgadas que de otro modo podrían confundir el análisis de expresión génica diferencial. Identificamos regiones de metilación tardía en ovocitos SN que están asociadas con una combinación inusual de modificaciones de la cromatina, que pueden ser regiones con alta plasticidad de la cromatina y en transición entre H3K27me3 y H3K36me3, o reflejar heterogeneidad a nivel de célula individual.

artículo original

Oocyte

Transcription

Chromatin

DNA methylation

Histones

scRNA-seq

scBS-seq

ChIP-seq

10.1186/s12860-024-00527-3

pdf

CHROMATIN ORGANIZATION

DEVELOPMENTAL COMPETENCE

MICROTUBULE DYNAMICS

ANTRAL FOLLICLES

MESSENGER-RNA

MATURATION

NUCLEUS

GENOME

DEGRADATION

ALIGNER

CHROMATIN ORGANIZATION

DEVELOPMENTAL COMPETENCE

MICROTUBULE DYNAMICS

ANTRAL FOLLICLES

MESSENGER-RNA

MATURATION

NUCLEUS

GENOME

DEGRADATION

ALIGNER

Biología Molecular

Biología Celular

Genética y Herencia

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Transcriptome and DNA methylation profiling during the NSN to SN transition in mouse oocytes

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Medical Research Council(UK Research & Innovation (UKRI)Medical Research Council UK (MRC))#Institute Core Capability Grant#Medical Research Council(UK Research & Innovation (UKRI)Medical Research Council UK (MRC))

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Institute Core Capability Grant [BB/CCG2210/1]

Medical Research Council [MR/K011332/1] Funding Source: researchfish

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