精子表观遗传修饰及其在胚胎发育过程中的潜在作用

精子发生(Spermatogenesis) 是一高度复杂的过程, 包括有丝分裂、减数分裂和精子形成。精母细胞经过独特而广泛的染色质与表观遗传修饰重塑之后, 最终分化产生了具有特定表观遗传修饰的精子。最近研究表明, 成熟精子中的表观遗传修饰在发育的胚胎中发挥了重要作用, 其表观遗传模式的改变会导致某些疾病风险提高, 如受精失败、胚胎发生机能障碍、早产、出生体重低、先天畸形、新生儿死亡以及其他在辅助生殖技术后代中发现的发生频率较高的妊娠相关并发症。文章通过评价成熟精子中DNA甲基化、保留组蛋白修饰、RNAs和精蛋白等表观遗传修饰的重要意义及其在胚胎发育过程中的潜在作用, 阐述了成熟精子中改变的表观遗传修饰与相关疾病之间的关系, 为不育症的防治、精子表观遗传质量评价以及降低辅助生殖技术后代表观遗传疾病风险等提供基础资料。     

表观遗传信息在动物胚胎发育过程中的重编程

表观遗传修饰调控基因的表达对胚胎发育至关重要。近期,对表观遗传修饰在跨代遗传及早期胚胎发育重编程方面的认识获得了突破性进展。在此,着重阐述DNA甲基化修饰和染色体3D结构在跨代遗传和胚胎发育过程的重编程。在斑马鱼中,子代胚胎抛弃卵子的甲基化图谱,而完全继承精子的DNA甲基化图谱;哺乳动物早期胚胎发育过程出现了全基因组去甲基化的过程,父源和母源基因组都存在主动和被动的去甲基化过程。染色体3D结构在动物受精后,TAD(topologically associated domain)结构消失,并逐渐重新建立。这些重编程对胚胎的发育过程的基因调控起着重要的作用。     

胚胎发育过程中的DNA甲基化作用

哺乳动物的正常发育取决于表观遗传学调控机制准确无误地运行.其中尤为重要的是发生在原生殖细胞和胚胎中的基因组范围内的DNA甲基化模式重排等表观遗传学修饰.胚胎发育过程中的DNA甲基化作用与基因印记的建立、基因表达的调控以及细胞和胚胎的形态建成都密切相关.DNA甲基化发生机制和功能的阐明将对哺乳动物个体发育与人类疾病研究有重要意义.     

DNA甲基化在动物胚胎和生殖细胞发育过程中的重编程

表观遗传信息DNA甲基化在动物的发育、细胞分化和器官形成过程中,起着至关重要的作用.近期,关于DNA甲基化在脊椎动物胚胎发育和生殖细胞发育过程重编程的研究取得了重要的进展.发现斑马鱼的早期胚胎完整地继承了精子的DNA甲基化图谱,而哺乳动物的早期胚胎和原始生殖细胞发育过程则经历了整体去甲基化并重新建立甲基化图谱的过程,但胚胎发育过程中基因的印迹区未发生DNA去甲基化,而生殖细胞发育过程中印迹区的甲基化修饰被消除.     

DNA甲基化与克隆动物的发育异常

通过核移植技术得到的大多数克隆动物在出生前就已经死亡, 只有极少数可以发育至妊娠期末或者存活至成年, 即使是存活下来的克隆动物也伴有不同程度的发育缺陷和表型异常。DNA甲基化是支配基因正常表达的一种重要的表观遗传修饰方式, 是调节基因组功能的重要手段, 在胚胎的正常发育过程中具有显著作用。通过对DNA甲基化模式的研究, 人们发现克隆动物中存在着异常的DNA甲基化状态, 而这些异常的DNA甲基化模式可能就是导致克隆胚早期死亡以及克隆动物发育畸形的主要原因。文章主要论述了DNA甲基化的作用, 克隆动物中异常的DNA甲基化模式, 以及造成克隆胚胎甲基化异常的原因等问题。     

表观遗传药物对体细胞核移植胚胎发育的促进作用

体细胞核移植(somatic cell nuclear transfer,SCNT)是利用卵母细胞胞质中的重编程物质对高度分化体细胞核进行重编程作用使其恢复全能性并发育为新个体的技术。在SCNT过程中,表观遗传修饰参与卵母细胞的重编程,如DNA甲基化修饰和组蛋白的翻译后修饰。这些重编程的异常修饰会对SCNT胚胎的发育产生不良影响。表观遗传药物,如DNA甲基转移酶抑制剂和组蛋白去乙酰基酶抑制剂,可改善表观遗传修饰的异常现象,促进体细胞核移植重构胚的重编程。该文对SCNT胚胎重编程过程中的异常表观遗传修饰以及近年来报道的表观遗传相关药物进行综述,并进一步探讨了这些药物对SCNT胚胎发育的促进作用。     

DNA甲基化的世代传递

在过去的几年里,人们对表观遗传修饰中的DNA甲基化修饰有了新的认识。这种修饰作用决定了基因在何时何地表达,这一修饰作用不仅会贯穿生物体的整个发育过程,而且会遗传给下一代。异常的DNA甲基化修饰会导致复杂的突变,同样,这些突变亦有可能遗传到子代,进而影响到子代的生长发育。对DNA甲基化在世代间传递现象的探讨会为表观遗传机制的研究提供很好的模型,进而有助于生物医学方面的研究。本文就DNA甲基化世代传递方面的研究进展作一综述。     

DNA甲基化对子宫内膜异位症(EMs)的作用及其调控机制

表观遗传通过DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑、以及microRNA等调控方式来实现对基因表达、DNA复制和基因组稳定性的控制。DNA甲基化是目前研究的最为广泛的表观遗传修饰方式之一,可调控真核生物的基因表达。DNA甲基化在哺乳动物发育、肿瘤发生发展及人类其他疾病中均发挥着至关重要的作用。DNA甲基化状态的改变已被视为人类肿瘤细胞的生物标志之一。EMs虽是一种良性妇科疾病,但伴有细胞增殖、侵袭性及远处种植转移等肿瘤的特点。最新研究发现,DNA甲基化可能与子宫内膜异位症(EMs)的发生存在密切的关系并认为EMs从根本上是一种表观遗传学疾病。由于表观遗传修饰都是可逆的过程,这就为EMs的治疗提供了一种新的途径。本文就DNA甲基化在EMs中的发生发展中的作用及其调控的分子机制,以及在诊断治疗中作用的最新研究进展做一综述。     

DNA甲基化对子宫内膜异位症（EMs）的作用及其调控机制

表观遗传通过DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑、以及microRNA等调控方式来实现对基因表达、DNA复制和基因组稳定性的控制。DNA甲基化是目前研究的最为广泛的表观遗传修饰方式之一,可调控真核生物的基因表达。DNA甲基化在哺乳动物发育、肿瘤发生发展及人类其他疾病中均发挥着至关重要的作用。DNA甲基化状态的改变已被视为人类肿瘤细胞的生物标志之一。EMs虽是一种良性妇科疾病,但伴有细胞增殖、侵袭性及远处种植转移等肿瘤的特点。最新研究发现,DNA甲基化可能与子宫内膜异位症（EMs）的发生存在密切的关系并认为EMs从根本上是一种表观遗传学疾病。由于表观遗传修饰都是可逆的过程,这就为EMs的治疗提供了一种新的途径。本文就DNA甲基化在EMs中的发生发展中的作用及其调控的分子机制,以及在诊断治疗中作用的最新研究进展做一综述。     

综述: DNA甲基化在动物胚胎和生殖细胞发育过程中的重编程

表观遗传信息DNA甲基化在动物的发育、细胞分化和器官形成过程中,起着至关重要的作用．近期,关于DNA甲基化在脊椎动物胚胎发育和生殖细胞发育过程重编程的研究取得了重要的进展．发现斑马鱼的早期胚胎完整地继承了精子的DNA甲基化图谱,而哺乳动物的早期胚胎和原始生殖细胞发育过程则经历了整体去甲基化并重新建立甲基化图谱的过程,但胚胎发育过程中基因的印迹区未发生DNA去甲基化,而生殖细胞发育过程中印迹区的甲基化修饰被消除．     

Epigenetic gene regulation by plant Jumonji group of histone demethylase

Histone methylation plays an important role in epigenetic regulation of gene expression. Reversible methylation/demethylation of several histone lysine residues is mediated by distinct histone methyltransferases and histone demethylases. Jumonji proteins have been characterized to be involved in histone demethylation. Plant Jumonji homologues are found to have important functions in epigenetic processes, gene expression and plant development and to play an essential role in interplay between histone modifications and DNA methylation. This article is part of a Special Issue entitled: Epigenetic Control of cellular and developmental processes in plants.     

Lsh controls silencing of the imprinted Cdkn1c gene

Epigenetic regulation, such as DNA methylation plays an important role in the control of imprinting. Lsh, a member of the SNF2 family of chromatin remodeling proteins, controls DNA methylation in mice. To investigate whether Lsh affects imprinting, we examined CpG methylation and allelic expression of individual genes in Lsh-deficient embryos. We report here that loss of Lsh specifically alters expression of the Cdkn1c gene (also known as p57(Kip2)) but does not interfere with maintenance of imprints at the H19, Igf2, Igf2r, Zac1 and Meg9 genes. The reactivation of the silenced paternal Cdkn1c allele correlates closely with a loss of CpG methylation at the 5' DMR at the Cdkn1c promoter, whereas KvDMR1 and DMRs of other imprinted genes were not significantly changed. Chromatin immunoprecipitations demonstrate a direct association of Lsh with the 5' DMR at the Cdkn1c promoter, but not with Kv DMR1 or other imprinted loci. These data suggest that methylation of the 5' DMR plays an important role in the imprinting of the Cdkn1c gene. Furthermore, it suggests that Lsh is not required for maintenance of imprinting marks in general, but is only crucial for imprinting at distinct genomic sites.     

DNA methylation in mammalian development and disease

Epigenetic modification of the cytosine base of DNA by its methylation introduced the possibility that beyond the inherent information contained within the nucleotide sequence there was an additional layer of information added to the underlying genetic code. DNA methylation has been implicated in a wide range of biological functions, including an essential developmental role in the reprogramming of germ cells and early embryos, the repression of endogenous retrotransposons, and a generalized role in gene expression. Special functions of DNA methylation include the marking of one of the parental alleles of many imprinted genes, a group of genes essential for growth and development in mammals with a unique parent-of-origin expression pattern, a role in stabilizing X-chromosome inactivation, and centromere function. In this regard, it is not surprising that errors in establishing or maintaining patterns of methylation are associated with a diverse group of human diseases and syndromes.     

去甲基化药物治疗骨髓增生异常综合征的研究进展

近年来表观遗传学研究在恶性肿瘤分型以及临床治疗方面发挥了重要作用。表观遗传是一种不涉及DNA序列变化的、可以在细胞分裂中传递的基因表达调控机制, 主要包括DNA甲基化和组蛋白乙酰化。其中DNA甲基化是目前人们研究最为深入的一种表观遗传学修饰方式, 主要发生在CpG二核苷酸序列的胞嘧啶上, 已经证实其与多种肿瘤发生密切相关。DNA甲基化的可诱导性和可逆性特点也为肿瘤发生机制的探讨和肿瘤治疗提供了新的途径。大量证据表明DNA甲基化在骨髓增生异常综合征(Myelodysplastic syndrome, MDS)的形成与发展中发挥作用。两个去甲基化药物(阿扎胞苷和地西他滨)在临床上应用治疗高危和中高危的MDS病人取得的成功, 为MDS的病因研究和临床治疗带来了新的思路。文章主要就这两种药物对MDS的作用机制、应用效果和新的临床问题等方面进行综述, 增加对药物作用的理解, 为临床治疗提供更好的手段。     

前列腺癌的DNA甲基化及其临床应用

目前认为恶性肿瘤的形成是遗传和表观遗传机制共同作用的结果。表观遗传机制包括DNA甲基化、组蛋白修饰和miRNA。DNA异常甲基化(高甲基化和低甲基化)是前列腺癌最具特征的表观遗传改变, 它能够导致基因组不稳定, 调控基因的异常表达, 在前列腺癌的形成和发展中起到重要作用。同时, DNA甲基化作为前列腺癌表观遗传研究的一个热点, 为临床前列腺癌的早期诊断、预后评估及药物治疗提供新的方法和途径。文章根据前列腺癌的DNA高甲基化和低甲基化的最新研究成果阐述了前列腺癌形成的表观遗传学机制, 并且讨论了它们在前列腺癌临床转化方面的最新研究进展。     

Analysis of Age-Related Global DNA Methylation in Chicken

DNA methylation is an epigenetic modification that plays an important role in the normal development and function of organisms. The level of DNA methylation is species-, tissue-, and organelle-specific, and the methylation pattern is determined during embryogenesis. DNA methylation has also been correlated with age. The aim of this study was to determine the global DNA methylation levels and their correlation with age in the chicken, using a Polish autosexing chicken breed, Polbar. A quantitative technique based on an immunoenzymatic assay was used for global DNA methylation analysis. The results show increased global DNA methylation levels with older Polbar embryos. Global DNA methylation levels decrease with the age of hens in the postembryonic stage. This study expands the current knowledge of the Polbar epigenome and the general knowledge of the function of epigenetic mechanisms in birds.     

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。     

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.