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…     

高半胱氨酸在平滑肌细胞中介导DNA甲基化及机制的研究

高同型半胱氨酸血症是引起动脉粥样硬化一个重要独立的危险因子,可以引起基因DNA甲基化表型改变和蛋白质表达失调,但是基因甲基化表型改变的特点和动脉粥样硬化是否有关及其机制,到目前为止还没有研究清楚.在平滑肌细胞培养的基础上研究高同型半胱氨酸血症对DNA甲基化的影响,高半胱氨酸诱导DNA甲基化表型改变的特征及潜在的机制.高半胱氨酸加入人脐静脉平滑肌培养24h后,高效液相检测SAM和SAH的浓度,实时RT-PCR和蛋白质印迹检测SAH水解酶mRNA和蛋白质表达.通过内源性DNA甲基转移酶活性变化、基因组DNA接受甲基的能力、甲基化限制性内切酶分析检测DNA甲基化水平的变化.结果显示,随着高半胱氨酸浓度的增加,SAH水平增加,SAM和SAM/SAH比率下降,SAH水解酶水平下降,但DNA甲基转移酶活性增加,用不同甲基化限制性内切酶分析发现C↓CGG序列更容易甲基化.由此可以推测,不同剂量的高半胱氨酸引起细胞损害效应的机制也不同,在低、中度高同型半胱氨酸血症,高半胱氨酸主要通过干扰高同型半胱氨酸的代谢途径影响基因表达表型修饰,在高度高同型半胱氨酸血症可能氧化应激、凋亡、炎症等发挥了更重要的作用.     

果蝇DNA甲基化研究进展

DNA甲基化是表观遗传调控的重要机制,但果蝇很久以来被认为是一种缺乏甲基化的模式生物。近年来才证实果蝇基因组中有5′-甲基胞嘧啶残基的存在,其DNA甲基化水平在胚胎发育早期达到最高,总体水平低于脊椎动物及植物。果蝇拥有一个包含dDNMT2和dMBD2/3的简单甲基化修饰系统,其分别与哺乳动物中的DNMT2家族及MBD2/MBD3蛋白高度同源。果蝇DNA甲基化模式和特点可能随果蝇种类不同而不同。文章对果蝇DNA甲基化特点及其功能研究进展进行了综述。     

DNA甲基化与组蛋白甲基化的关系

在真核生物基因组及基因组以外,存在着多种共价修饰,其中,DNA和组蛋白的甲基化都与基因的沉默存在着联系,DNA和H3K9的甲基化在调节基因过程中具有协同作用,并拮抗H3K4的甲基化。近来的研究显示,两种甲基化机制之间似乎还存在着联系,即DNA的甲基化可能依赖于H3K9的甲基化,但在哺乳动物中,两种甲基化的关系可能更复杂。     

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。     

DNA甲基化与基因表达调节

甲基化修饰是脊椎动物ＤＮＡ唯一的自然修饰方式,动物基因组甲基化与基因表达密切相关,ＤＮＡ甲基化通过与反式作用因子相互作用或通过改变染色质结构而影响表达,在Ｘ染危体关系,基因组印记,肿瘤发生发展中的起重要作用。     

DNA甲基化与植物的生长发育

文章就DNA甲基化与植物生长发育的关系、催化甲基化的酶、5－甲基胞嘧啶在植物基因组中的分布、甲基化的发生和遗传的研究进展作了介绍。     

RNA干扰Dnmt1和Dnmt3b对小鼠胚胎成纤维细胞凋亡和基因组DNA甲基化水平的影响

DNA甲基转移酶1(DNMT1)负责DNA甲基化维持,DNA甲基转移酶3b(DNMT3b)主要负责DNA从头甲基化,在体细胞中同时干扰Dnmt1、Dnmt3b表达会给细胞带来何种影响还未见报道。实验以小鼠胚胎成纤维细胞为实验对象,用RNA干扰方法对Dnmt1和Dnmt3b进行敲低,研究分别干扰和同时干扰这两个基因对小鼠胚胎成纤维细胞凋亡、基因组甲基化水平的影响。研究发现,si RNA转染后24 h,Dnmt3b干扰组和Dnmt1+Dnmt3b同时干扰组细胞的增殖细胞核抗原(PCNA)mRNA水平显著降低(P0.05);转染后48h,Dnmt3b单独干扰组、Dnmt1+Dnmt3b同时干扰组中细胞凋亡显著增加(P0.05);Dnmt3b单独干扰组细胞基因组甲基化水平下降32%(P0.01),Dnmt1+Dnmt3b同时干扰组细胞的基因组甲基化水平下降约44%(P0.01)。结果表明,DNMT3b在小鼠胚胎成纤维细胞正常增殖、基因组甲基化水平的维持上具有重要作用。     

植物中DNA甲基化模式及其相关机制

DNA甲基化是表观遗传修饰的重要形式之一,是植物中较早发现的DNA共价修饰方式。在植物的正常生长发育中,DNA甲基化与植物基因组维持、体细胞无性系变异、外来基因防御、内源基因的表达、转基因沉默以及基因印迹之间有着极大的关系,因此,植物DNA甲基化的研究对植物基因工程的发展有着举足轻重的作用。本文介绍了参与DNA甲基化的各种酶和蛋白质,阐述了DNA甲基化相关机制的最新研究进展。     

植物表观遗传与DNA甲基化

表观遗传在植物生长发育过程中起着极其重要的作用。甲基化是基因组DNA的一种主要表观遗传修饰形式,是调节基因功能的重要手段。介绍了植物体中胞嘧啶甲基化现象,RNA指导的DNA甲基化的信号分子、作用机制,以及与RNA介导的基因沉默机制之间的区别和RNA对转座子的表观控制。     

DNA甲基化与脊椎动物胚胎发育

DNA甲基化是指DNA甲基转移酶(DNMT)将DNA序列中的5′胞嘧啶转变为5′甲基胞嘧啶的化学修饰, 可以调控基因的时空特异性表达, 从而影响细胞命运决定和分化等生物学过程。近年来研究发现, DNA甲基化在脊椎动物胚胎早期发育中有重要作用, Dnmt基因的缺失会影响胚胎早期发育和多个器官的形成及分化, 如胚胎早期致死、内脏器官和神经系统终末分化缺陷以及血液发生紊乱等。文章总结了DNA甲基化转移酶在小鼠和斑马鱼发育过程中的动态变化, 并系统阐述了DNA甲基化在胚胎早期发育和器官发生中的作用, 重点揭示DNA 甲基化转移酶与组蛋白甲基化转移酶如何协同调控DNA甲基化从而影响基因转录的分子机理。DNA甲基化作为一种关键的表观遗传学因素, 全面系统地理解其在胚胎发育过程中的作用机制对靶向治疗人类相关疾病有一定的理论指导意义。     

DNA甲基化的分子机制及其研究进展

DNA甲基化作为一种重要的非永久性但相对长期可遗传的基因修饰,在维持细胞正常的转录活性、DNA损伤修复能力以及在遗传印记、胚胎发育和肿瘤的发生发展中都有不可替代的作用,是分子生物学及医学领域的研究热点。近年来随着高通量测序、表观遗传编辑以及结构分析等技术的飞速发展,对DNA甲基化分子机制层面的研究进一步深入。本研究总结了近年来对DNA甲基化分子机制的相关研究,归纳了全球范围内对DNA甲基化的位点、序列背景与范围近年来的研究进展,也归纳了近年来对影响DNA甲基化的因素的研究,以期对DNA甲基化这一表观遗传学热点进行深入的学习探讨。     

DNA甲基转移酶分类、功能及其研究进展

DNA甲基化是一种在原核和真核生物基因组中常见的复制后修饰,参与体内多种重要生理过程,主要包括:调节基因表达,基因印记,维持染色体完整性以及X-染色体灭活等.依据结构和功能的不同,哺乳动物中DNA甲基转移酶(Dnmts)主要分为两大类:DNA甲基化维持酶Dnmtl以及DNA从头甲基化酶Dnmt3a、,Dnmt3b和Dnmt3L等.此外,Dnmt2也具有弱的DNA甲基转移酶活性,近年来发现它可以甲基化tRNAAsp反密码子环处38C.这些Dnmts对于哺乳动物的生长发育是十分重要的,它们的功能异常将导致胚胎发育障碍,癌症等多种疾病.因此,Dnmts可能成为一个重要的分子靶标,在疾病的治疗和预防中发挥重要作用.文章就Dnmts的分类、功能以及研究进展进行综述.     

MPTP诱导小鼠黑质区铁摄取和DMT1表达增加

铁在帕金森病(Parkinson‘s disease,PD)的发病机制中起着非常关键的作用,为了探讨PD中铁升高的机制,本实验观察了1-甲基4-苯基—1,2,3,6-四氢吡啶(MPTP)处理小鼠黑质(substantia nigra,SN)内铁摄取及新的铁转运蛋白二价金属离子转运蛋白1(DMT1)的表达变化。结果表明：(1)MPTP处理组小鼠SN内铁染色增高,注射MPTP7d组明显高于3d组。(2)MPTP处理组小鼠,酪氨酸羟化酶(TH)免疫阳性细胞数目显著减少。(3)MPTP处理组小鼠,“-IRE”型DMT1表达在各组中均增加,而“ IRE”型DMT1仅在MPTP处理后7d才出现变化。上述结果提示,这种新发现的哺乳动物跨膜铁转运蛋白表达增加可能是引起MPTP处理小鼠SN中铁升高的关键因素,铁的升高进一步导致DA神经元的死亡。     

DNA在化对基因表达的影响及其在衰老过程中的表现

ＤＮＡ甲基化是真核细胞基因组重要修饰方式之一,参与基因的表达调控。由甲基化结合蛋白参与的复合体在抑制基因表达中发挥着重要作用。ＤＮＡ甲基化表型的维持需要ＤＮＡ甲基转移酶以催化“半甲基化”ＤＮＡ的甲基化。细胞在增龄过程中甲基化水平明显降低,对该过程的基因表达可能具有一定的调控作用。     

APP/PS1转基因小鼠海马结构UCH-L1的表达及亚甲蓝对其改变的影响

目的探讨亚甲蓝(MB)对APP/PS1转基因小鼠记忆相关蛋白泛素羧基末端水解酶1(carboxyl-terminalhydrolase-L1,UCH-L1)在海马结构的表达及记忆改善的影响。方法 3月龄APP/PS1转基因小鼠及相同品系的野生小鼠分为3组,每组10只:治疗组,APP/PS1小鼠口服亚甲蓝(25mg/kg/d)4个月;模型组,APP/PS1小鼠无药物干预;对照组为正常野生小鼠。待三组小鼠均为7月龄时,跳台实验测试三组小鼠的学习记忆能力;Western blot及免疫荧光技术检测海马结构UCH-L1的含量变化。结果亚甲蓝可以减少小鼠跳台试验错误次数,延长小鼠跳台试验的潜伏期(P<0.01)。亚甲蓝治疗组海马结构的可溶性UCH-L1含量明显增多(P<0.01)。结论亚甲蓝可能是通过上调海马结构可溶性UCH-L1的表达改善APP/PS1小鼠的学习记忆能力。     

内侧前额叶皮质DNA甲基化调控大鼠酒精相关行为

酒精滥用不仅导致组织器官损伤,还易诱发神经精神疾病。研究表明,DNA甲基化在酒精诱导基因表达和行为改变中发挥重要作用,但具体的神经生物学机制尚未被阐明。为了探索DNA甲基化在酒精滥用中的作用机制,本研究选取健康成年雄性SD大鼠(Rattus norvegicus)32只,随机分为饮水对照组(n=16)和慢性酒精暴露组(n=16),运用双瓶选择实验(two bottle choice test,TBCT)评估大鼠酒精偏爱率(alcohol preference),通过旷场行为(open field test,OFT)评估活动状态并检测血酒精浓度。分离两组大鼠内侧前额叶皮质(medial prefrontal cortex,mPFC),提取总DNA,利用简化代表性重亚硫酸盐测序技术(reduced representation bisulfite sequencing,RRBS)构建mPFC甲基化谱,对差异基因进行功能富集和通路分析,筛选与酒精滥用密切相关的甲基化差异基因,运用qRT-PCR技术检测差异基因的表达,验证DNA甲基化对基因的表达调控;利用qRT-PCR和Western blot检测甲基转移酶(DNA methyltransferases,DNMTs)和甲基化CpG位点结合蛋白2(methyl CpG binding protein 2,MeCP2)的表达;同时,还检测了短期酒精暴露(7 d)对大鼠mPFC内DNMTs和MeCP2的影响(n=8/组)。结果表明,慢性酒精暴露大鼠mPFC内基因启动子区甲基化水平显著升高。与酒精滥用密切相关的差异基因中,慢性酒精暴露组Ntf3和Ppm1G启动子区甲基化水平升高,mRNA表达降低;Hap1和DUSP1启动子区甲基化水平降低,mRNA表达升高。慢性酒精暴露使DNMT3B和MeCP2 mRNA和蛋白表达升高,而短期内酒精暴露不影响它们的表达。本研究初步证实DNA甲基化与酒精滥用的发展相关,可能受DNMT3B和MeCP2分子的调控,并发现了与酒精滥用相关的靶基因Ntf3、Ppm1G、Hap1和DUSP1,为研究酒精滥用的神经生物学机制提供了新见解,同时为酒精滥用治疗提供了可能的药理学靶点。     

MPTP对小鼠帕金森病造模条件探讨

目的观察不同剂量1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶(MPTP)对小鼠行为学及脑黑质酪氨酸羟化酶、纹状体多巴胺含量的影响,探讨MPTP致帕金森病(Parkinson′s disease,PD)样小鼠模型的最佳条件。方法C57BL小鼠分别给与MPTP不同剂量处理,测定各组小鼠爬竿时间检测动物运动协调性,应用免疫组化方法和高效液相法观察不同模型组多巴胺能神经元的变化。结果模型组各组均出现不同程度爬竿时间延长,酪氨酸羟化酶阳性细胞数减少和多巴胺含量减少。结论MPTP处理可造成小鼠的帕金森病样症状,在此种动物模型中,应根据科研目的选择MPTP的应用剂量和给药途径。     

DNA羟甲基化在小鼠胚胎干细胞中的研究进展

简要总结DNA羟甲基化在小鼠胚胎干细胞(mouse embryonic stem cells,mESC)中的最新研究进展.DNA甲基化(DNAmethylation)影响染色质的结构与功能,在发育与疾病发生过程中具有重要作用.2009年Tahiliani等发现TET1可以催化甲基化胞嘧啶(5-methylcytosine,5mC)氧化为羟甲基化胞嘧啶(5-hydroxymethylcytosine,5hmC).DNA羟甲基化(DNAhydroxymethylation)被认为是调节DNA甲基化的一种重要方式,成为了表观遗传学的研究热点之一.     

MPTP诱导的帕金森病鼠脑内Calbindin-D28k表达的免疫组化研究

目的探讨Calbindin-D28k在帕金森病发病过程中的作用.方法健康C57BL/6J小鼠采用MPTP腹腔注射建立帕金森病动物模型,动物存活期分别为14d和28d.应用ABC免疫组化结合图像分析技术观察Calbindin-D28k在不同脑区的表达.结果帕金森病鼠脑内黑质和腹侧被盖区Calbindin-D28k的表达在28d比对照组增加,造模后海马CA1区Calbindin -D28k的表达在14d和28d两个时间点均比对照组增加;而在脑皮质Calbindin-D28k的表达在造模14d和28d均较对照组降低.结论不同脑区神经元可能由于Calbindin- D28k含量的不同而对MPTP的敏感性不同;帕金森病鼠不同脑区Calbindin- D28k表达的变化,可能是脑内神经元启动自我保护机制引起Calbindin- D28k在不同脑区重新分配,以达到保护损伤神经元的目的.