DNA甲基化与基因表达调控研究进展

表观遗传修饰是指不改变DNA序列的、可遗传的对碱基和组蛋白的化学修饰,主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑以及非编码RNA等.表观遗传修饰是更高层次的基因表达调控手段.DNA甲基化是一种重要的表观遗传修饰,参与基因表达调控、基因印记、转座子沉默、X染色体失活以及癌症发生等重要生物学过程.近年来随着研究方法和技术的进步,全基因组DNA甲基化的研究广泛兴起,多个物种全基因组甲基化图谱被破译,全局水平对DNA甲基化的研究不仅利于在宏观层面上了解DNA甲基化的特性与规律,同时也为深入分析DNA甲基化的生物学功能与调控奠定了基础.结合最新研究进展综述DNA甲基化在基因组中的分布模式、规律以及和基因转录的关系等.     

DNA甲基化模式及其在癌症中的作用

随着对癌症研究的不断深入,表观遗传调控在癌症发生发展中的作用也越来越受到人们的关注。DNA基化作为一种重要的表观遗传修饰机制,在基因表达调控中起着十分重要的作用。该文对DNA基化模式及其在癌症中的作用作了综述,并对DNA甲基化作为癌症早期诊断的生物标记以及癌症表观治疗的新策略作了总结和展望。     

癌症中DNA甲基化基因模块筛选

肿瘤的发生受遗传学和表观遗传学修饰的共同影响。DNA甲基化是一种重要的表观遗传修饰,在癌症的发生与发展中起着重大的作用。因此找到癌症的甲基化标记物在癌症的诊断和治疗中具有重大意义。本文利用权重基因共表达网络分析的方法（WGCNA）筛选出甲基化基因模块,并分析模块向量基因,进行功能注释,最后对基因模块进行功能分析,得到DNA甲基化与肿瘤间的关系。结果显示,这些甲基化异常的基因模块与癌症的发生有着显著的关联。同时还发现某些甲基化异常的基因模块与多种癌症的发生都有着显著的关联。     

长链非编码RNA相关表观遗传修饰在癌症中的进展*

长链非编码RNA(lncRNA)是一类转录本长度大于200 nt的RNA分子,编码蛋白质的功能有限,但其功能多样且复杂。已有研究报道lncRNA与肿瘤的发展进程密切相关,lncRNA可以通过不同方式参与细胞内生物学进程的调控,是潜在的癌症调节因子,其中,调节表观遗传修饰水平是其影响癌症进程的主要手段;癌症发病过程中细胞内存在着不同程度的表观遗传修饰,其主要为包括甲基化、乙酰化、磷酸化、糖基化、泛素化等修饰方式在内的DNA修饰、RNA修饰以及蛋白质的翻译后修饰,在癌症的不同阶段其修饰的异常程度不同,从而影响肿瘤发生的生物学进程。研究表明,lncRNA可以通过自身修饰或参与其他生物大分子的表观遗传修饰进程参与癌症的发生发展。因此,回顾了lncRNA所参与的表观遗传修饰形式和lncRNA在表观遗传修饰方面所起到的作用,并概述了lncRNA通过影响表观遗传修饰水平从而调控癌症进程的方法。旨在总结癌症细胞内表观遗传修饰方面所涉及lncRNA的研究进展,为癌症诊断和治疗提供潜在的靶标和生物学标志物。     

siRNA诱导的DNA甲基化与肿瘤的发生

siRNA诱导的基因沉默最早只被认为是发生在细胞质内的转录后水平的调控过程,随着siRNA指导DNA甲基化现象的发现,已证实siRNA可以通过指导基因组表观修饰引起转录水平基因沉默.DNA甲基化曾被预言是致癌作用的一种表观遗传学机制,肿瘤发生过程中抑瘤基因异常沉默涉及到基因启动子区域DNA的甲基化.分析了这两个过程中内在的关系,探索siRNA对肿瘤细胞中基因异常表达的影响和作用.这将有助于肿瘤生物学和表观遗传学的研究,也会为研发防治肿瘤的新方法和新途径提供新的思路.     

叶锈菌胁迫下的小麦基因组MSAP分析

内源DNA甲基化是真核生物表观遗传调控的重要组成部分, 在真核生物的基因表达调控中具有重要的作用。生物胁迫为植物提供一种内在的表观遗传进化动力。研究生物胁迫下DNA甲基化的变异模式, 有助于全面理解DNA甲基化的表观调控生物学功能。小麦近等基因系TcLr19、TcLr41及其感病亲本Thatcher在苗期对叶锈菌生理小种THTT、TKTJ分别表现为小种特异性抗病反应和感病反应。文章利用甲基化敏感扩增多态性(Methylation-sensitive amplified polymorphism, MSAP)技术分析了小麦的甲基化水平, 同时比较了苗期在生物胁迫前后基因组DNA胞嘧啶甲基化模式。用60对MSAP引物对接种前后的小麦DNA进行全基因组筛选, 没有直接分离得到接菌前后的甲基化模式的差异, 结果初步表明, 叶锈菌并没有诱导稳定且特异的植物基因组DNA胞嘧啶位点的甲基化模式变化, 但发现TcLr41及其感病亲本Thatcher之间存在表观遗传学差异。     

真核生物基因组DNA甲基化和去甲基化分析

DNA甲基化是真核生物的重要表观遗传修饰,如胞嘧啶C~5位甲基化5-甲基胞嘧啶(5mC)和腺嘌呤N~6位甲基化6-甲基腺嘌呤(6mA)。DNA 5mC可经Tet双加氧酶催化氧化形成5-羟甲基胞嘧啶(5hmC)、5-醛甲基胞嘧啶(5fC)和5-羧基胞嘧啶(5caC)。这些氧化产物不仅是去甲基化过程的中间体,而且也可能存在各自特有的表观调控功能。其中,5hmC异常可能和癌症相关,有可能成为疾病诊断的生物标志物。发展可靠、高灵敏和抗干扰能力强的DNA甲基化和去甲基化检测技术和方法至关重要,有助于理解甲基化和去甲基化的分子机制以及提高肿瘤的诊断水平。现针对DNA甲基化和去甲基化检测技术进行简要介绍。     

肿瘤表观基因组学研究进展

多年来遗传学改变一直是肿瘤研究的焦点,近来人们越来越认识到异常表观遗传修饰在肿瘤形成中所起的重要作用。表观遗传修饰包括DNA甲基化、组蛋白修饰等,其变异会导致基因转录异常。表观基因组学是在基因组水平上对表观遗传学改变的研究。文章主要介绍目前已知的肿瘤表观基因组学相关内容,阐述表观遗传修饰与肿瘤的紧密关系及异常表观遗传修饰作为生物标记在肿瘤诊断、预后及治疗方面的最新研究进展。     

表观遗传修饰在调控寿命中的作用

表观遗传修饰是生命现象中普遍存在的一类基因调控方式,主要包括DNA甲基化、组蛋白乙酰化和组蛋白甲基化等,通常协同调控基因表达。端粒是位于真核生物染色体末端的保护性结构,在端粒以及亚端粒区域中也存在丰富的表观遗传修饰。随着研究深入,发现表观遗传修饰在调控寿命过程中扮演着重要角色,而揭示衰老的有关机制有助于我们找到延长寿命的方法,具有重大的生物学意义和临床应用前景。     

Uhrf1对肠上皮发育的影响

作为一种常见的表观遗传修饰类型,DNA甲基化对哺乳动物发育起着重要作用。Uhrf1作为重要的表观遗传调控因子,在DNA合成过程中可结合半甲基化的DNA同时招募DNA甲基转移酶1参与DNA甲基化的维持,保证遗传信息在细胞分裂前后的稳定传递。目前关于Uhrf1介导的DNA甲基化是否影响肠上皮发育过程尚不清楚。为探索Uhrf1在肠上皮发育中的作用,本研究成功构建了肠上皮特异性敲除Uhrf1的小鼠模型,利用HE染色对肠上皮组织形态学观察发现,与正常小鼠相比,敲除Uhrf1的小鼠肠上皮发育异常,主要表现为绒毛变短,数量减少,隐窝萎缩;通过表型分析发现,在小鼠肠上皮中特异性敲除Uhrf1后,细胞增殖明显受到抑制、凋亡细胞增加、细胞分化异常,同时肠干细胞相关基因表达降低。进一步对可能的分子机制进行初步探索发现Uhrf1缺失后DNA甲基化水平大幅下降,诱发DNA损伤。本研究结果表明Uhrf1介导的DNA甲基化对肠上皮的正常发育成熟具有重要作用,有望丰富Uhrf1介导的DNA甲基化在体内的生物学功能,并为进一步明确Uhrf1介导的表观遗传调控机制提供实验依据。     

植物DNA甲基化作用机制的研究进展

DNA甲基化是表观遗传学的一种重要修饰形式,也是一种重要的基因表达调控机制。DNA甲基化的异常模式可导致植物生长发育异常。文中从植物DNA甲基化模式入手,对DNA甲基化在调控基因表达和维持基因组稳定性的分子功能、DNA甲基化在植物发育、参与植物对生物和非生物胁迫的反应等方面的相关研究进行回顾和总结,为深入了解DNA甲基化的作用机制并将DNA甲基化应用于植物新品种的培育和遗传改良研究提供一定的参考。     

植物DNA甲基化研究进展

DNA基化是一种重要的表观遗传修饰方式,强烈地影响植物染色质结构和基因的表达,因此植物DNA基化的研究对植物生长发育及进化过程的研究发展起着重要作用。本文概述了植物DNA基化的特征,并对植物DNA基化的发生机制、生物学功能、检测分析方法等方面进行了综述,旨在深入了解DNA基化对植物的影响。     

Use of DNA methylation for cancer detection: promises and challenges

DNA methylation is an important and reversible epigenetic modification, which regulates genomic stability and cellular plasticity. Faithful DNA methylation is essential for mammalian development and health, and perturbation of methylation dynamics contributes to the development of disease, including cancer. The discovery and validation of the biological indicators (biomarkers) for human cancers are essential steps in the development of methods for accurate subtype classification and outcome prediction in clinic oncology. While genetics (SNP, LOH and mutation) and expression profiling (mRNA and protein) of biomarkers have been extensively assessed for cancer diagnosis and prognosis, the potential for using epigenetic fingerprints for early diagnosis and outcome prediction in clinic oncology propels the exploration of using DNA methylation as a biomarker for cancer prognosis. Both the promises and challenges to realizing the clinical utility of the DNA methylation in cancer management are discussed in this review.     

DNA甲基化与植物抗逆性研究进展

DNA甲基化是真核细胞基因组重要修饰方式之一.DNA甲基化通过与转录因子相互作用或通过改变染色质结构来影响基因的表达,从表观遗传水平对生物遗传信息进行调节,在生长发育过程中起着重要的作用,而且植物DNA甲基化还参与了环境胁迫下的基因表达调控过程.本文对植物DNA甲基化的产生机制、功能,以及DNA甲基化在植物应对逆境胁迫中的作用进行综述,以更好地理解植物DNA甲基化及其对环境胁迫的响应,为植物抗逆性研究及作物遗传改良提供理论参照.     

Mitotic inheritance of DNA methylation: more than just copy and paste

Decades of investigation on DNA methylation have led to deeper insights into its metabolic mechanisms and biological functions.This understanding was fueled by the recent development of genome editing tools and our improved capacity for analyzing the global DNA methylome in mammalian cells.This review focuses on the maintenance of DNA methylation patterns during mitotic cell division.We discuss the latest discoveries of the mechanisms for the inheritance of DNA methylation as a stable epigenetic memory.We also highlight recent evidence showing the rapid turnover of DNA methylation as a dynamic gene regulatory mechanism.A body of work has shown that altered DNA methylomes are common features in aging and disease.We discuss the potential links between methylation maintenance mechanisms and diseaseassociated methylation changes.     

DNA methylation: bisulphite modification and analysis

DNA methylation is an important epigenetic modification of DNA in mammalian genomes. DNA methylation patterns are established early in development, modulated during tissue-specific differentiation and disrupted in many disease states, including cancer. To understand further the biological functions of these changes, accurate and reproducible methods are required to fully analyze the DNA methylation sequence. Here, we describe the 'gold-standard' bisulphite conversion protocol that can be used to re-sequence DNA from mammalian cells in order to determine and quantify the methylation state of a gene or genomic region at single-nucleotide resolution. The process of bisulphite treatment exploits the different sensitivities of cytosine and 5-methylcytosine (5-MeC) to deamination by bisulphite under acidic conditions--in which cytosine undergoes conversion to uracil, whereas 5-MeC remains unreactive. Bisulphite conversion of DNA, in either single tubes or in a 96-well format, can be performed in a minimum of 8 h and a maximum of 18 h, depending on the amount and quality of starting DNA.