动态RNA甲基化修饰及其调控机制研究进展

RNA可以被100余种化学修饰所修饰。这些化学修饰以甲基化为主,广泛分布于各种类型的RNA中,如r RNA、t RNA、sn RNA、sno RNA和m RNA等,其中针对m RNA内部修饰丰度最高的6-甲基腺嘌呤(m~6A)的研究最为深入。m~6A修饰酶(甲基转移酶METTL3/METTL14/WTAP和去甲基化酶ALKBH5与FTO)和结合蛋白YTHDF2、YTHDF1与YTHDC1的发现,证明了RNA甲基化修饰同DNA甲基化修饰一样是动态可逆的,从而将RNA甲基化修饰由微调控机制提升到表观转录组新层次。而候选m~5C修饰甲基转移酶NSUN家族蛋白和去甲基化酶TET蛋白的初步鉴定,丰富了RNA甲基化修饰表观转录组研究内涵。RNA甲基化介导的表观转录组学调控和作用已成为RNA生物学新研究领域。现重点回顾和展望RNA的m~6A和m~5C甲基化修饰特征及其潜在生物学功能。     

RNA甲基化修饰与病理效应

RNA甲基化修饰是表观转录组学重要的研究内容。在已经发现的超过100种不同的RNA化学修饰中,6-甲基腺嘌呤(m~6A)是m RNA上最丰富的内部修饰。RNA甲基化修饰受到甲基转移酶、去甲基化酶以及m~6A识别蛋白质的动态调控,与基因表达调控密切相关。RNA甲基化修饰失调可导致RNA功能紊乱,甚至一系列病理效应。现主要介绍几种较为常见的RNA甲基化修饰,并对其与病理效应的相关性进行归纳总结。     

m6A修饰在女性生殖系统疾病中的作用

表观转录组学是近年来一个较为新兴的生物学研究领域。表观转录组学主要研究的是RNA携带的化学修饰对于基因表达的影响。其中，RNA甲基化修饰为真核生物中常见的一种修饰方式。同时，m6A是真核生物RNA最常见的甲基化修饰方式之一。本文就近些年来m6A甲基化修饰与妇科疾病发生发展的关系进行阐述，为深入了解妇科疾病与m6A甲基化修饰提供相应的参考资料，也为保障女性健康提供新的思路。     

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甲基转移酶的表达调控及主要生物学功能

DNA甲基化是表观遗传学的重要部分, 同组蛋白修饰相互作用, 通过改变染色质结构, 调控基因表达。在哺乳类细胞或人体细胞中, DNA甲基化与细胞的增殖、衰老、癌变等生命现象有着重大关系。对催化DNA甲基化的DNA甲基转移酶(DNA methyltransferase, Dnmt)的研究可以揭示DNA甲基化对基因表达调控的机制, 从而研究与之相关的重要生命活动。文章以DNA甲基转移酶作为切入点, 探讨DNA甲基转移酶在基因表达调控中发挥的作用及其主要生物学功能。     

蓬勃发展的表观转录组学

迄今为止,研究者们在 RNA 上已经发现了百余种不同种类的化学修饰,这些修饰大都分布在丰度较高的非编码 RNA中,并对非编码 RNA功能的维持具有重要作用。近年来,得益于高分辨率质谱的应用以及全转录组测序技术的开发,越来越多的 mRNA 上的修饰被发现、精确定量和定位,包括N6-甲基腺嘌呤（m6A）、N6,2-O-二甲基腺嘌呤（m6Am）、5-甲基胞嘧啶（m5C）、 次黄嘌呤（I）、假尿嘧啶（Ψ）、N1-甲基腺嘌呤（m1A）、2′-O-甲基化（Nm）、N4-乙酰胞嘧啶（ac4C）和N7 甲基鸟嘌呤（m7G）等。其中特别是m6A,作为真核生物mRNA中含量最丰富的内部修饰,其修饰酶、识别蛋白质的鉴定以及其广泛的生物学功能的发现,掀起了mRNA上转录后修饰研究的热潮,从而促进了新兴的研究领域——表观转录组学的诞生。尽管我们对这些可逆、动态的化学修饰的理解刚刚开始形成,但毫无疑问,一个关于遗传信息调控研究的新时代已经到来。本综述集中在本课题组关注较多的3种表观转录组修饰即m1A,m6Am和Ψ,从其分布、功能和高通量检测技术等方面进行深入介绍,旨在为相关领域的研究者提供一个了解蓬勃发展的表观转录组学的窗口。     

表观遗传学: 生物细胞非编码RNA调控的研究进展

表观遗传学是研究基因表达发生了可遗传的改变, 而DNA序列不发生改变的一门生物学分支, 对细胞的生长分化及肿瘤的发生发展至关重要。表观遗传学的主要机制包括DNA甲基化、组蛋白修饰及新近发现的非编码RNA。非编码RNA 是指不能翻译为蛋白的功能性RNA分子, 其中常见的具调控作用的非编码RNA包括小干涉RNA、miRNA、piRNA 以及长链非编码RNA。近年来大量研究表明非编码RNA在表观遗传学的调控中扮演了越来越重要的角色。文章综述了近年来生物细胞非编码RNA调控的表观遗传学研究进展, 以有助于理解哺乳动物细胞中非编码RNA及其调控机制和功能。     

RNA的m6A修饰与心血管疾病

N~6-甲基腺嘌呤(N6-methyladenosine,m~6A)是存在于多种RNA中的化学修饰方式,最常见于mRNA。RNA的m~6A含量和效应受到甲基转移酶(Writers)、去甲基酶(Erasers)和甲基化阅读蛋白(Readers)的动态调控。与DNA甲基化修饰和组蛋白修饰相似,它们都参与了多种生物学过程,并与多种疾病的发生发展相关。本文先简要综述m~6A修饰的动态过程及生物学功能,然后重点介绍m~6A修饰与心血管疾病关系的研究进展。     

RNA介导的植物DNA甲基化研究进展

RNA介导的DNA甲基化作用(RNA-directed DNA Methylation,RdDM)是首次在植物中发现的基因组表观修饰现象,RdDM通过RNA-DNA序列相互作用直接导致DNA甲基化。植物中的RdDM和siRNA介导的mRNA降解现象,都是通过RNA使序列特异性基因发生沉默,它们对于植物的染色体重排、抵御病毒感染、基因表达调控和发育的许多过程起到了非常重要的作用。在植物中有很多的文献报道RdDM现象,但是对于其具体调控机理还不是很清楚。这里对RNA介导的植物DNA甲基化的基本特征进行了简要概述,主要对RdDM机理的研究进展进行了综述,其中包括RdDM过程中的DNA甲基转移酶的种类及其作用机理,DNA甲基化与染色质修饰之间的关系,以及与RdDM相关的重要蛋白质的研究等。在植物中,转录和转录后水平都可能发生RdDM,诱发基因沉默,前者常涉及靶基因启动子的甲基化,后者则牵涉到编码区的甲基化。RdDM的发生依赖于RNAi途径中相似的siRNA和酶,如DCL3、RdR2、SDE4和AGO4。植物中至少含有三类DNA甲基转移酶DRM1/2、MET1和CMT3,其作用部位是与RNA同源的DNA区域中的所有胞嘧啶,而组蛋白H3第九位赖氨酸的甲基化影响着胞嘧啶的甲基化。     

Pre-mRNA选择性剪接的调控及选择性剪接数据库

Pre-mRNA选择性剪接是真核生物转录组和蛋白质组多样性的主要来源,也是细胞分化、发育等过程中重要的基因表达调控方式。约95%的人类多外显子基因存在RNA选择性剪接|很多人类基因疾病的发生与RNA剪接错误相关。随着共转录现象的发现,RNA选择性剪接调控机制研究也取得了很大进展。本文分别从序列层面和核小体定位、组蛋白修饰、DNA甲基化及非编码RNA等表观遗传层面,系统地阐述了RNA选择性剪接的调控机制。为便于搜索,本文介绍了近10年来RNA选择性剪接相关的数据库。     

植物RNA聚合酶Ⅳ调控DNA甲基化和发育的研究进展

DNA甲基化是一类稳定可遗传的表观遗传修饰,在调控基因表达、沉默转座子和维持基因组稳定性等方面发挥重要作用。植物中,DNA从头甲基化通过RNA指导的DNA甲基化(RNA-directedDNAmethylation,RdDM)途径建立。植物特有的DNA依赖的RNA聚合酶Ⅳ(DNA-dependent RNA polymerase Ⅳ, Pol Ⅳ)是RdDM途径核心蛋白,转录产生非编码RNA,通过RdDM途径引导从头建立DNA甲基化,进而调控植物基因表达和生长发育。Pol Ⅳ行使功能受多个蛋白调控：组蛋白阅读器SHH1 (SAWADEE homeodomain homolog 1)识别H3K9甲基化引导Pol Ⅳ到基因组特定位点;染色质重塑因子CLSY (CLASSY)蛋白家族协助Pol Ⅳ识别靶位点;RNA依赖的RNA聚合酶2 (RNA-dependent RNA polymerase 2, RDR2)将Pol Ⅳ转录产生的单链RNA转换成双链RNA。本文总结了Pol Ⅳ及其调控蛋白调控植物DNA甲基化和发育的研究进展,以期为DNA甲基化研究和农作物育种提供参考。     

植物中表观遗传修饰研究进展

表观遗传是指DNA序列不发生变化, 但基因表达发生了可遗传的改变, 主要涉及DNA与染色体上的一些可逆修饰以及一些转录调控机制。DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA调控是表观遗传学研究的三大支柱。三者在植物生长发育、应对生物和非生物胁迫以及适应环境变化中发挥着极其重要的作用。该文综述了植物中DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA调控的研究进展及其对植物株高、生育期、花型、果实着色以及应对环境胁迫等方面的影响。     

植物DNA甲基化及其研究策略

DNA甲基化是表观遗传学研究的热点问题之一,植物DNA甲基化的研究对植物研究领域的发展有着举足轻重的作用。本文阐述了植物DNA甲基化的相关机制,其中包括RdDM（RNA—dependent DNA methylation）、DNA甲基化与组蛋白修饰以及DNA去甲基化等近几年研究的热点问题：讨论了DNA甲基化在植物发育中的功能（包括基因组防御和调控基因表达）、DNA甲基化与转基因沉默的关系以及其在表观遗传学中的地位。最后就目前国内外研究植物DNA甲基化所采取的常用策略,即高效液相色谱法、亚硫酸盐测序法、甲基化敏感的限制性内切酶结合Southern杂交分析法和MSAP（methylation—sensitive amplified polymorphism）法进行了详尽的介绍和讨论。     

长链非编码RNA与表观遗传调控

近年来,表观遗传学(epigenetics)备受关注.表观遗传调控的方式主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质重塑等.ENCODE计划及随后的研究发现,人类基因组中仅有很小一部分DNA序列负责编码蛋白质,而其余大部分被转录为非编码RNA(non-codingRNA,ncRNA).其中长链非编码RNA(long non-codingRNA,lncRNA)是一类长度大于200nt并且缺乏蛋白质编码能力的RNA分子.越来越多的研究表明,lncRNAs能够通过表观遗传调控、转录调控以及转录后调控等多个层面调节基因的表达,从而参与细胞增殖、分化和凋亡等多种生物学过程.本文将着重综述lncRNAs在表观遗传调控中的作用及其最新的研究进展.     

DNA甲基化与脂肪组织生长发育

DNA甲基化作为一种重要的表观遗传学修饰方式,在维持正常细胞功能、遗传印记、胚胎发育以及人类肿瘤发生中起着重要作用。DNA甲基化最重要的作用是调控基因表达,它是细胞调控基因表达的重要表观遗传机制之一。近年来的研究发现,DNA甲基化在脂肪组织生长发育以及肥胖症发生过程中发挥着重要作用。DNA甲基化通过调控脂肪细胞分化转录因子、转录辅助因子以及其他脂肪代谢相关基因的表达,从而调控脂肪组织的生长发育。该文综述了脂肪组织生长发育过程中DNA甲基化的最新研究进展,探讨了脂肪组织DNA甲基化的研究趋势和未来发展方向。     

表观遗传学及其研究方法

表观遗传学是一门重要的生命学科,主要包括DNA的甲基化、组蛋白修饰以及非编码RNA等内容,其中任何一方面的表观遗传学变化对生物体的生命过程都有重要的影响。近年来随着生命科学的快速发展,表观遗传学越来越受到人们的关注,各种先进科技的应用也使得表观遗传学实验技术得到快速的发展。本文对DNA甲基化、组蛋白修饰及非编码RNA的基本内容及实验方法进行了综述,并对不同的研究方法进行分析,有利于表观遗传学的深入研究。     

细菌DNA甲基化研究进展

DNA甲基化修饰是细菌调控基因表达的一种重要方式,在很多生理过程中发挥非常关键的作用.本文系统介绍了细菌DNA甲基化修饰的起源、DNA甲基转移酶,分类总结了DNA甲基化调控基因表达的机制.同时对近年来细菌DNA甲基化的功能、DNA甲基化检测方法的进展进行了综合评述.这些研究对人类了解细菌DNA甲基化表观调控及控制细菌感染具有重要指导意义.     

RNA表观遗传修饰:N~6-甲基腺嘌呤

N6-甲基腺嘌呤(N6-methyladenosine,m6A)是真核生物信使RNA(Messenger RNA,m RNA)上含量最多的化学修饰之一。类似于DNA和组蛋白化学修饰,m6A修饰也同样是动态可逆的,可在时间和空间上被甲基转移酶和去甲基酶调控。哺乳动物体内m6A甲基转移酶复合物中有一部分成分已被解析,主要有METTL3(Methyltransferase-like protein 3)、METTL14(Methyltransferase-like protein 14)和WTAP(Wilms tumor 1-associating protein)。m6A去甲基酶肥胖蛋白FTO(Fat mass and obesity associated protein)和ALKBH5(Alk B homolog 5)依赖α-酮戊二酸(α-Ketoglutaric acid,α-KG)和Fe(Ⅱ)对m6A进行氧化去甲基化反应。m6A在生物体内由m6A结合蛋白识别,并介导其行使功能。目前发现的m6A结合蛋白有YTH结构域蛋白YTHDF1(YTH domain-containing family protein 1)、YTHDF2(YTH domain-containing family protein 2)、YTHDC1(YTH domain-containing protein1)和核内HNRNPA2B1(Heterogeneous nuclear ribonucleoproteins A2B1)。本文综述了m6A的分布和相关蛋白介导的m6A功能研究,以期全面理解m6A这一RNA表观遗传新修饰在生命进程中的重要调控作用。     

表观遗传调控pre-mRNA的选择性剪接

选择性剪接是真核生物基因表达过程中的关键环节,是蛋白质多样性的主要来源,在生物的分化、发育及疾病的发生中扮演重要角色。传统的选择性剪接调控机制的研究多集中于RNA序列元件及与之相关的一些剪接因子,但近期的突破性研究指出表观遗传因素在选择性剪接的调控中发挥重要作用。DNA甲基化、染色质结构、组蛋白修饰相互影响并作用于pre-mRNA的选择性剪接,构成一个庞大、复杂的调控网络,表明表观遗传因素不仅决定着基因转录的起始,还影响其转录本剪接的结果。文章综述了近年来pre-mRNA选择性剪接的表观遗传调控的研究进展,探讨了DNA甲基化、染色质结构、组蛋白修饰在pre-mRNA选择性剪接中的可能作用,并展望了其对人类疾病研究所带来的深远影响。     

生物信息技术在表观遗传调控机制研究中的应用

表观遗传调控是指在不改变实际DNA序列却控制基因表达的过程,并在决定细胞功能和发育中起着至关重要的作用.表观遗传基因组包括组蛋白的位点、排列,以及化学修饰、DNA甲基化、非编码RNA的结构和表达,以及转录因子调控网络和染色体三维结构等各种因素共同协调作用来控制细胞表型.尽管复杂,各种二代测序,尤其是生物信息学技术的发展,极大地促进了人们对于表观遗传机制的理解.本文简要介绍当下生物信息技术在揭示表观遗传调控机制研究中的应用,从而为更深入理解整个基因调控机制,乃至为人类疾病治疗提供新的见解.