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。     

哺乳动物DNA甲基化修饰的动态调控机制

DNA甲基化是最主要的表观遗传修饰之一,主要发生在胞嘧啶第五位碳原子上,称为5-甲基胞嘧啶。哺乳动物DNA甲基化由从头DNA甲基转移酶DNMT3A/3B在胚胎发育早期建立。细胞分裂过程中甲基化模式的维持由DNA甲基转移酶DNMT1实现。TET家族蛋白氧化5-甲基胞嘧啶成为5-羟甲基胞嘧啶、5-醛基胞嘧啶和5-羧基胞嘧啶,从而起始DNA的去甲基化过程。这些DNA甲基化修饰酶精确调节DNA甲基化的动态过程,在整个生命发育过程中发挥重要作用,其失调也与多种疾病发生密切相关。本文对近年来DNA甲基化修饰酶的结构与功能研究进行讨论。     

哺乳动物DNA甲基化修饰的动态调控机制

DNA甲基化是生命体最主要的表观遗传修饰之一。哺乳动物DNA甲基化主要发生在胞嘧啶第五位碳原子上,称为5-甲基胞嘧啶(5-methylcytosine,5m C)。哺乳动物DNA甲基化由从头DNA甲基转移酶DNMT3A/3B在胚胎发育早期建立,甲基化模式的维持由DNA甲基转移酶DNMT1实现。TET家族蛋白氧化5-甲基胞嘧啶起始DNA的去甲基化过程。这些DNA甲基化修饰酶精确调节DNA甲基化的动态过程,在整个生命发育过程中发挥重要作用,其失调也与多种疾病发生密切相关。现结合国内外同行研究进展,介绍课题组近年来对DNA甲基化修饰酶的结构与功能研究。     

DNA主动去甲基化的Science之路

DNA甲基化是一种非常重要的表观遗传调控方式,在基因印迹、X染色体失活、转座子与外源DNA的沉默及组织特异性基因的中发挥着重要的作用。在哺乳动物的配子发生过程及从受精到着床的早期胚胎发育阶段,基因组DNA发生大规模的主动去甲基化。但去甲基化的分子机制一直是表观遗传领域的谜题。2009年,Anjana Rao及其同事发现一种DNA双氧化酶TET蛋白能够将5-甲基胞嘧啶氧化成5-羟甲基胞嘧啶,这为DNA去甲基化的机制研究开拓了新的思路。在此基础上,徐国良实验室展开了深入研究,发现TET蛋白能够进一步将5-羟甲基胞嘧啶氧化成5-羧基胞嘧啶,并发现糖苷酶TDG能够特异性地识别并切除DNA中的5-羧基胞嘧啶,进而启动碱基切除修复途径完成DNA去甲基化,从而提出了氧化作用与碱基切除修复途径协同介导的DNA主动去甲基化机制。     

TET蛋白去甲基化作用的相关研究进展

TET(ten-eleven translocation)蛋白属于酮戊二酸和Fe2+依赖的双加氧酶,能够产生催化氧化作用。在TET蛋白家族的催化氧化作用下5-甲基胞嘧啶(5-methylcytosine,5mC)可转化为5-羟甲基胞嘧啶(5-hydroxymethylcytosine,5hmC),并可进一步转化为5-甲酰胞嘧啶(5-formylcytosine,5fC)和5-羧基胞嘧啶(5-carboxylcytosine,5caC)。TET蛋白在DNA胞嘧啶的去甲基化、胚胎发育和基因重新编码等过程都存在重要作用,其中TET蛋白参与DNA胞嘧啶的去甲基化过程的作用机制一直是研究热点,另外,有研究发现TET与肿瘤的发生也存在联系,可能成为新的肿瘤分子标志。     

DNA羟甲基化修饰与神经系统疾病

DNA羟甲基化修饰主要是指5-甲基胞嘧啶(5-methylcytosine,5m C)在10-11易位(ten-eleven translocation,TET)蛋白家族的氧化作用下生成5-羟甲基胞嘧啶(5-hydroxymethylcytosine,5hm C)。5hm C不仅能在去甲基化过程中起重要作用,而且还参与了基因的表达调控。5hm C的含量有着高度的组织特异性,且目前在中枢神经系统中也发现了高水平的5hm C。与神经系统疾病相关的基因中存在明显的5hm C水平的改变,暗示着DNA羟甲基化修饰很可能在神经系统疾病的发生与发展过程中起了重要作用。     

DNA羟甲基化修饰在消化系统肿瘤中的研究进展

DNA羟甲基化修饰是基因组表观遗传学的重要调控方式,指5-甲基胞嘧啶(5-m C)在TET蛋白家族的催化作用下氧化生成5-羟甲基胞嘧啶(5-hm C),完成DNA胞嘧啶的去甲基化过程。基因组甲基化异常导致了多种肿瘤的发生,羟甲基化修饰作为去甲基化的一种,同样与肿瘤发生密不可分。在消化系统肿瘤发生发展过程中存在5-hm C含量的变化,其原因可能与TET蛋白家族、IDH突变等密切相关,提示DNA羟甲基化修饰参与了消化系统肿瘤的发生发展过程。本文围绕DNA羟甲基化修饰与消化系统肿瘤之间的关系进行综述,旨在为消化系统肿瘤羟甲基化修饰研究提供新方向。     

TET双加氧酶介导的主动去甲基化分子机制及功能研究

DNA甲基化作为一种重要的表观修饰,在基因表达调控及胚胎生长发育等方面起到重要作用。尽管5-甲基胞嘧啶(5mC)是一种稳定的共价修饰,但它在生物体内仍处于一个动态变化的过程,也就是说,它可能会通过某种方式发生去甲基化。而TET蛋白功能的揭示为DNA主动去甲基化提供了一条途径:TET双加氧酶可以将5mC迭代氧化形成5-羟甲基胞嘧啶(5hmC)、5-醛基胞嘧啶(5fC)和5-羧基胞嘧啶(5caC),再通过DNA糖苷酶TDG介导的碱基切除修复(base excision repair,BER)途径将5mC重新变为未修饰的胞嘧啶。随着人们对TET双加氧酶及主动去甲基化研究的深入,主动去甲基化的生物学功能也被逐渐揭示。现总结了已经揭示的主动去甲基化分子机制和生物学意义,同时,概括了本实验室近些年的研究进展。     

哺乳动物中的DNA主动去甲基化

DNA甲基化是一种相对稳定且可遗传的表观遗传标记,在植物和动物细胞中均发现有DNA主动去甲基化现象,其机制在植物中已基本得到阐释,但在哺乳动物中尚未鉴定出一种有效的DNA去甲基化酶,并且DNA主动去甲基化途径也存在争议。文章综合分析了近期的文献资料,阐述了哺乳动物中发生DNA主动去甲基化的时空特异性,并从细胞和组织特异性角度介绍DNA主动去甲基化的可能通路和机制,即5-甲基胞嘧啶的氧化作用、5-甲基胞嘧啶脱氨基以及DNA修复等,旨在为破译表观遗传重编程过程提供理论依据。     

植物DNA和mRNA中N6-甲基腺嘌呤的比较研究

DNA、RNA的甲基化作为重要的表观遗传标记,在真核生物多个细胞过程中发挥作用.DNA中的 N6-甲基腺嘌呤(N6-methyladenine in DNA,6mA)和 RNA 中的 N6-甲基腺嘌呤(N6-methyladenine inRNA,m6A)均为来自腺嘌呤第6位的甲基化修饰,在合成和功能上有相似性也有区别...     

DNA甲基化及其对植物发育的调控

DNA甲基化属于一种表观遗传修饰,主要发生在CpG双核苷酸序列中的胞嘧啶上,是在DNA甲基转移酶催化下,以S-腺苷甲硫氨酸为甲基供体,将甲基转移到胞嘧啶上,生成5-甲基胞嘧啶的一种反应。DNA甲基化在植物生长过程中具有极其重要的作用。综述了植物DNA甲基化的特征、调控机制,及其对植物基因表达影响的研究进展。     

DNA甲基化在植物研究中的应用现状与前景

DNA甲基化是主要发生在CpG双核苷酸序列中胞嘧啶上的一种表面遗传修饰.它以S-腺苷甲硫氨酸为甲基供体,在DNA甲基酶的催化下,将甲基转移到胞嘧啶上,生成5-甲基胞嘧啶.DNA甲基化在植物的很多生命过程中具有重要的作用.本文就其作用机制、主要研究应用以及未来的前景进行综述,从而为DNA甲基化在植物遗传学中的研究提供理论参考.     

DNA甲基化在植物研究中的应用现状与前景

DNA甲基化是主要发生在CpG双核苷酸序列中的胞嘧啶上的一种表面遗传修饰。它以S-腺苷甲硫氨酸为甲基供体,在DNA甲基酶的催化下,将甲基转移到胞嘧啶上,生成5-甲基胞嘧啶。DNA甲基化在植物的很多生命过程中具有重要的作用。本文就其作用机制、主要研究应用以及未来的前景进行简单阐述,从而为DNA甲基化在植物遗传学研究中的研究提供理论参考。     

真核生物的DNA甲基转移酶与DNA甲基化

真核生物的ＤＮＡ甲基化就是在ＤＮＡ的ＣｐＧ二核苷酸胞嘧啶的第 5位碳原子上加上甲基 ,催化这一过程的是ＤＮＡ甲基转移酶 (Ｄｎｍｔ)。ＤＮＡ的甲基化修饰参与基因表达调控、胚胎发育、细胞分化、基因组印迹、Ｘ染色体灭活和细胞记忆等诸多重要生物学过程[1,2 ] 。在不同组织或同一类型细胞的不同发育阶段 ,基因组ＤＮＡ上各ＣｐＧ位点甲基化状态的差异即构成基因组的ＤＮＡ甲基化谱。根据催化反应类型。可以将ＤＮＡ甲基转移酶分为三类 :第一类将腺嘌呤转化成Ｎ6 甲基腺嘌呤 ;第二类将胞嘧啶转化成Ｎ4 甲基胞嘧啶 ;第三类将胞嘧啶转化成…     

哺乳动物TET2蛋白氧化5-甲基胞嘧啶的结构生物学研究

DNA甲基化是表现遗传学最重要的修饰之一,哺乳动物的DNA甲基化修饰主要发生在胞嘧啶第5位碳原子上,称为5-甲基胞嘧啶（5-methylcytosine,5mC）。     

TET家族DNA羟化酶与5-hmC在肿瘤中的作用机制的研究进展

DNA甲基化失调引起基因表达异常是表观遗传学的一个显著特点。目前已知,由DNA甲基转移酶（DNA methyltransferases,DMNTs）催化DNA甲基化,其酶基因突变或表达异常引起DNA甲基化水平的改变。近期研究发现了一种DNA去甲基化酶--TET（Ten-Eleventranslocation）家族DNA羟化酶,能通过多种途径催化5-甲基胞嘧啶（5．methylcytosine,5-mC）去甲基化,从而调控DNA基化的平衡。5-羟甲基胞嘧啶（5-hydroxymethylcytosine,5-hmC）作为DNA去甲基化多重步骤中重要的中间产物,其水平在肿瘤的发生和发展时期发生显著变化。该文从TET家族蛋白展开,介绍TET蛋白的结构、功能及作用机制以及多种人类肿瘤中丁E丁家族基因与5-hmC水平的相关性及其对肿瘤发生发展、诊断预后等临床意义的研究进展。     

DNA甲基化作用和基因功能

在DNA分子中,除含有A,T,C,G几种碱基外,还普遍地发现有5-甲基胞嘧啶(5-mc):大约在35年前,首先从小牛胸腺DNA中发现有5-甲基胞嘧啶,随后发现这种微量的碱基广     

线粒体表观遗传学研究进展

作为细胞内的"动力工厂",线粒体是细胞内进行氧化磷酸化反应和形成ATP的主要场所。传统观点曾认为线粒体缺乏表观遗传机制,但线粒体DNA甲基化酶以及线粒体DNA中5-甲基胞嘧啶与5-羟甲基胞嘧啶的发现推翻了这一论断。在线粒体中,DNA甲基化酶、DNA甲基化模式及DNA羟甲基化模式与核基因组DNA相比均存在较大差异,而外界环境中不同因子的变化也会对线粒体DNA的甲基化状态造成影响。除此之外,线粒体DNA的表观遗传因素还包括线粒体长链非编码RNA、线粒体mi RNA和线粒体DNA结合蛋白。随着研究技术手段的不断完善,将线粒体DNA的甲基化状态作为生物标记的应用将日益广泛,其与基因组表观遗传调控的关联也将得到进一步的揭示。     

DNA羟甲基化与表观遗传学调控

表观遗传学中的DNA甲基化与疾病的发生发展密不可分. DNA甲基化中的5-甲基胞嘧啶易发生氧化形成5 羟甲基胞嘧啶.此过程又称为羟甲基化修饰,已成为表观遗传学研究的一种新热点.羟甲基化与10-11易位家族蛋白（ten-eleven translocation,TET）的作用密切相关,它参与了基因的表达调控以及DNA去甲基化过程. 最近的羟甲基化研究主要集中在癌症和精神性疾病.针对日趋增多的相关研究,本文对DNA羟甲基化进行了全景式综述.     

DNA甲基化修饰对血管疾病稳态失衡的影响

自稳态平衡是机体生命活动的重要基础,在维持机体的正常生理功能中发挥重要作用。血管疾病中的稳态失衡受物理、化学、生物等内外环境改变及致病因素的影响,其中氧稳态、血流稳态、糖脂代谢稳态在内环境的影响中较为突出,由此引起的一系列表观遗传修饰将导致血管结构和功能的异常。表观遗传学中的DNA甲基化与血管疾病的发生发展密不可分。此外,5-羟甲基胞嘧啶(5-hydroxymethylcytosine, 5hmC)及N6-甲基腺嘌呤(N⁶-methyladenine, m⁶A)作为新的修饰碱基,将为表观遗传学研究提供新的思路。文章主要对DNA甲基化修饰变异在血管疾病稳态失衡方面的研究进展进行了阐述。