R-Loopsのゲノム全体のマップは、生殖細胞減数分裂中の転写とゲノムの完全性との相互作用を明らかにしています

はじめに：R-Loopは、最近複数の生物学的プロセスに参加することが報告されており、以前に説明されていない科学的質問に答えるのに役立つ自然に形成された3鎖核酸構造です。減数分裂プロセスには、DNA二本鎖切断（DSB）形成、修復、転写ダイナミクスなどの複数のクロマチン関連イベントが含まれます。 目的：哺乳類の減数分裂プロセスにおけるRループの規制の役割と生理学的機能を探ります。 方法：私たちの研究では、ゲノム全体のS9.6 Cut＆Tag Seqを使用して、まず、マウスの減数分裂プロセス中のR-Loopのゲノム分布と動的変化を、精子体から二次精子細胞までにマッピングしました。さらに、減数分裂侵入前にRループエンドヌクレアーゼを削除したRNaseH1の条件付きノックアウトマウスを構築することにより、生理学的条件におけるRループの役割をさらに調査します。 結果：Rループは、プロモーター関連領域で主に分布しており、異なる減数分裂段階で異なります。対応するトランスクリプトームとの共同分析により、R-Loopは減数分裂プロセス中の転写と密接に関連していることがわかりました。減数分裂細胞のプロモーター関連Rループの高頻度は通常、高い転写活性を伴い、さらにレプトテン/ジゴテンでパキテン遷移プロセスにこれを検証しました。さらに、RNase H1の欠如は、R-Loopの蓄積と精子細胞における異常なDSB修復を伴う雄マウスの不妊を引き起こしました。さらなる分析により、レプトテン/ジゴテン段階における異常なRループ蓄積がパキテン段階の転写調節に影響を与えることが示されました。 結論：Rループと転写の相互規制は、精子形成に重要な役割を果たします。また、R-Loopは、減数分裂中のDSBの通常の修復プロセスにとっても重要です。

INTRODUCTION: The R-loop is a naturally formed three-strand nucleic acid structure that recently has been reported to participate in multiple biological processes and helped answer some previously unexplained scientific questions. Meiosis process involves multiple chromatin-related events such as DNA double-stranded breaks (DSB) formation, repairing and transcriptional dynamics. OBJECTIVES: Explore the regulatory roles and physiological functions of R-loops in the mammalian meiosis process. METHODS: In our study, using genome-wide S9.6 CUT & Tag seq, we first mapped the genomic distribution and dynamic changes of R-loop during the meiotic process in mice, from spermatogonia to secondary spermatocytes. And we further explore the role of R-loop in physiological conditions by constructing conditional knockout mice of Rnaseh1, which deleted the R-loop endonuclease before meiosis entry. RESULTS: R-loop predominantly distributes at promoter-related regions and varies across different meiotic stages. By joint analysis with the corresponding transcriptome, we found that the R-loop was closely related to transcription during the meiotic process. The high frequency of promoter-related R-loop in meiotic cells is usually accompanied by high transcription activity, and we further verified this in the leptotene/zygotene to the pachytene transition process. Moreover, the lack of RNase H1 caused sterility in male mice with R-loop accumulation and abnormal DSB repair in spermatocytes. Further analysis showed that abnormal R-loop accumulation in the leptotene/zygotene stages influenced transcriptional regulation in the pachytene stage. CONCLUSION: The mutual regulation of the R-loop and transcription plays an essential role in spermatogenesis. And R-loop is also important for the normal repair process of DSB during meiosis.