5-羟甲基胞嘧啶的研究进展

CpG二核苷酸中胞嘧啶的甲基化形式5-甲基胞嘧啶(5-methylcytosine, 5mC)在哺乳动物中是一种常见的表观遗传修饰, 在基因表达调控、发育调节、基因组印迹等方面发挥重要作用。近3年来研究发现, 除了5mC外, 胞嘧啶碱基的另一种修饰-5-羟甲基胞嘧啶(5-hydroxymethylcytosine, 5hmC)在哺乳动物的多种组织中有着丰富的表达, 它可能与5mC有着不同的生物学功能。文章就近年来5hmC的研究进展进行了综述。     

5-羟甲基胞嘧啶的研究进展

CpG二核苷酸中胞嘧啶的甲基化形式5-甲基胞嘧啶(5-methylcytosine,5mC)在哺乳动物中是一种常见的表观遗传修饰,在基因表达调控、发育调节、基因组印迹等方面发挥重要作用。近3年来研究发现,除了5mC外,胞嘧啶碱基的另一种修饰—5-羟甲基胞嘧啶(5-hydroxymethylcytosine,5hmC)在哺乳动物的多种组织中有着丰富的表达,它可能与5mC有着不同的生物学功能。文章就近年来5hmC的研究进展进行了综述。     

陆川猪脂联素基因的克隆及生物信息学分析

脂联素(AdipoQ)是脂肪组织分泌的一种有活性的物质,其在调节脂肪代谢、脂肪沉积以及对抗胰岛素抵抗、炎症反应、动脉粥样硬化等方面发挥着重要的作用。本研究以Gen Bank家猪脂联素基因序列为参考,利用Oligo7自行设计一对引物,以广西陆川猪皮下脂肪组织cDNA为模板,克隆获得了AdipoQ基因编码区序列(CDS)。序列分析结果显示,陆川猪AdipoQ基因CDS区长为732 bp,可编码242个氨基酸,分子量为26 400.7 Da。信号肽预测显示陆川猪Adipo Q蛋白含有编码17个氨基酸的信号肽,这一预测结果也印证了前人的研究,进一步证实了脂联素为一种分泌蛋白的说法。与GenBank已公布的长白猪(DQ164208.1)、大白猪(DQ164207.1)、广西巴马小型猪(JF730719.1)、梅山猪(DQ164209.1)这四种猪AdipoQ基因CDS区进行序列比较,发现不同猪种间略有差异,而同源性均达98.9%以上。本研究还对克隆获得的陆川猪AdipoQ基因编码蛋白进行了高级结构预测,为后期研究AdipoQ基因调控陆川猪脂肪沉积和肌肉生长发育的分子机制提供理论基础。     

陆川猪FAM134B基因克隆及生物信息学分析

本试验旨在对陆川猪FAM134B基因进行克隆及生物信息学分析。本研究利用Gen Bank公布的猪序列设计引物,应用RT-PCR扩增得到目的基因片段,应用生物信息学方法分析和预测了陆川猪FAM134B基因的理化性质与二级结构。结果显示:陆川猪FAM134B基因编码区全长1 107 bp,编码368个氨基酸;陆川猪FAM134B基因与与金华猪(JX854456.1)、牛(KM587693.1)、山羊(KF684947.1)、人(NM_001034850.2)、小鼠(NM_001034851.2)、大鼠(NM_001034912.1)、非洲爪蟾(NM_001126975.1)序列相似性分别为87.80%、87.44%、86.9%、68.47%、67.01%、67.29%、61.44%,结合系统进化树分析,结果表明不同物种FAM134B基因在进化过程中具有高度保守性。通过比较分析发现,陆川猪FAM134B基因CDS序列区比NCBI公布的金华猪FAM134B序列(JX854456.1)多了一段129 bp序列,比预测的猪FAM134B序列(XM_003483804.2)少了一段371 bp,这提示所扩增得到的陆川猪FAM134B基因有可能是另外一种剪接体。本研究成功克隆陆川猪FAM134B基因完整的CDS序列,为今后FAM134B基因在陆川猪的脂肪沉积及脂肪代谢方面的研究提供基础理论。     

封面说明

<正>大白猪(Large White pig)是世界上最著名且分布最广的瘦肉型猪种,饲料转化率和屠宰率高,适应性强,相比于我国地方品种,沉积的皮下和肌内脂肪含量均较少。脂肪组织是影响肉品质的关键因素。作为典型的瘦肉型猪种,探索大白猪不同脂肪沉积的分子机制具有重要的意义,可为高肉品质畜禽培育以及预防和治疗肥胖相关性疾病提供线索。黄万龙等利用RNA-seq技术比较分析大白猪皮下和肌内脂肪组织基因表达谱,鉴定得到180个差异表达基因,通路富集分析表明这些基因显著富集     

TET家族蛋白介导的DNA氧化的调控与其生物学功能

发生在DNA胞嘧啶上的甲基化(5mC)是哺乳动物细胞基因组上最主要的DNA修饰形式,其形成的碳碳键具有较高键能,不易被破坏。TET家族蛋白可以催化5mC逐渐氧化成羟甲基胞嘧啶(5hmC)、醛基胞嘧啶(5fC)和羧基胞嘧啶(5caC),再通过细胞分裂过程中DNA复制,或者利用碱基切除修复途径,最终实现DNA去甲基化。过去几年表观基因组学和结构生物学的研究都表明,在不同细胞、不同的基因组位点,5mC的氧化反应受到严格的调控,主要表现在两个方面:5mC氧化反应发生的基因组范围和5mC逐步氧化反应的进行程度。以国家自然科学基金委重大研究计划"细胞编程和重编程的表观遗传机制"为依托,朱冰实验室发现了胚胎干细胞的多能性转录因子SALL4A与TET家族蛋白共同调节远端调控区域5mC的氧化过程。首先,将介绍5mC的不同氧化产物在小鼠基因组上的分布和动态变化,进而讨论TET家族蛋白催化5mC氧化反应的调控机制,最后,探讨5mC氧化参与调节基因组转录的可能的生物学功能。     

东乡野生稻耐冷渐渗系DNA甲基化水平和模式变化研究

根据水稻全基因组和特定位点的CpG岛序列设计引物,采用McrBC酶酶切DNA,以东乡野生稻耐冷渐渗系(IL5335和IL5423)及其双亲为试材,研究其基因组和特定位点的DNA甲基化水平和模式变化特征,探讨甲基化变异对野生优异基因渐渗的影响。结果显示:(1)在覆盖全基因组的83个CpG岛中,IL5335和IL5423的基因组甲基化频率分别为46.6%和53.8%,低于受体亲本协青早B的62.6%;大部分(75.9%~80.7%)受体亲本的甲基化模式在两耐冷渐渗中能稳定遗传,另外一些位点发生了甲基化模式的改变,主要表现为脱甲基化(13.3%~18.1%)和过甲基化(4.4%~6.0%)。(2)在耐冷QTLs区间,两耐冷渐渗系的甲基化水平为13.3%~26.7%,远低于受体亲本的61.4%;它们在该区域的甲基化模式变异主要为脱甲基化(33.3%~40.0%),高于全基因组的平均变异率。(3)分析逆转座子Houba和Osr14区域的51个CpG岛发现,耐冷渐渗系在该区域具有较高频率的甲基化修饰和较低的甲基化模式变异。研究表明,种间杂交渐渗诱发了受体亲本广泛的甲基化水平和模式变异,为野生优异基因的有效利用提供了新的机遇和挑战。     

睾酮缺乏对高脂诱导小型猪内脏脂肪组织DNA甲基化的影响

为探讨DNA甲基化在睾酮缺乏促进高脂饮食诱导的小型猪肥胖中的作用,本研究采用甲基化DNA免疫共沉淀测序(MeDIP-Seq)技术分析高脂饲喂的不去势、去势和去势+睾酮3组小型猪内脏脂肪组织DNA甲基化差异,对筛选出的差异甲基化基因进行注释和功能富集分析,并运用RT-qPCR技术检测差异甲基化基因的表达.结果 表明,不去势、去势和去势+睾酮3组样本在基因组上的甲基化分布情况相似,即Genebody区的甲基化水平高于3'UTR和5'UTR区.另外,在去势Vs.不去势和去势Vs.去势+睾酮两组样本中分别筛选得到2839个和2510个差异甲基化基因,这些基因主要富集在脂肪细胞因子转导、抗原处理以及呈递、脂肪酸代谢和氨基酸代谢等通路.睾酮缺乏导致高脂饲喂小型猪内脏脂肪组织LEP以及NCF1内含子区甲基化和SLC-27A1启动子区甲基化水平升高,并且LEP和NCF1 mRNA表达与甲基化呈正相关,而SLC27A1 mR-NA表达与甲基化呈负相关.本研究推测,睾酮缺乏可能通过影响脂质代谢和炎症反应等多个途径基因DNA甲基化参与调控脂肪沉积和肥胖发生.     

猪脂联素基因启动子区甲基化与其mRNA表达分析

脂联素(Adiponectin)是至今发现的唯一与肥胖呈负相关的脂肪细胞特异性蛋白, 是调控生物体的能量稳态、葡萄糖代谢和脂肪代谢的脂源性细胞因子之一。生物信息学分析发现, adiponectin基因启动子区-1500~-1350 bp 是CpG位点的富集区域。为了进一步研究脂联素基因的表达调控研究, 文章从表观遗传学角度出发, 通过Real-time PCR与甲基化特异性PCR(Methylation special PCR, MSP)的方法对脂联素基因的表达及其启动子区的甲基化状况进行了分析。结果表明, 在adiponectin基因启动子区CG富集的区域(-1500~-1350 bp)中, 90日龄长白猪大多去甲基化(83%), 90日龄蓝塘猪部分去甲基化(33%), 成年蓝塘猪全是高度甲基化(100%), 成年长白猪部分去甲基化(33%)。甲基化与去甲基化过程主要发生在某些特定CpG位点。脂联素基因在猪肌肉组织中以高度甲基化状态为主, 这一结果与该基因在肌肉组织中表达量相吻合。以上结果提示, 随个体发育, 脂联素基因的甲基化状态随基因表达的波动呈现动态的过程, 表现出与基因表达量波动基本一致的波动趋势。     

陆川猪GPR1基因的克隆及生物信息学分析

本试验旨在对陆川猪G蛋白偶联受体1(G protein-coupled receptor 1,GPR1)基因进行克隆及相关生物信息学分析。本研究根据NCBI上公布的野猪GPR1基因序列设计引物,应用RT-PCR技术扩增得到包含全长编码区在内的基因片段,应用生物信息学软件对陆川猪GPR1基因的理化性质,修饰结构,二级结构和三级结构进行分析。结果显示:GPR1基因编码区全长1 068 bp,编码355个氨基酸;与NCBI上公布的野猪(NM_001190244.1)、牛(NM_001206545.1)、人(NM_005279.3)、猕猴(AF100204.1)、小鼠(NM_146250.2)、大鼠(NM_012961.1)GPR1基因氨基酸序列的同源性分别为98.9%、90.4%、86.5%、86.2%、78.2%、77.4%。陆川猪的GPR1蛋白有七个跨膜螺旋结构,不存在蛋白信号肽。GPR1蛋白存在两个N糖基化位点和多个潜在磷酸化位点。本研究成功克隆陆川猪GPR1基因完整的编码区序列,为今后GPR1基因在陆川猪的脂肪沉积及脂肪代谢方面的研究提供了理论依据。     

牛早期胚胎发育中AID基因的表达及其调节区DNA甲基化的动态变化北大核心CSCD

以具有DNA主动去甲基化作用的活化诱导胞苷脱氨酶(Activation-induced cytidine deaminase,AID,亦称为AICDA)基因为研究对象,检测其在牛卵母细胞及体外受精胚胎发育不同阶段的表达变化及其调节方式,揭示细胞重编程分子机制。应用Real-time PCR、BSP(Bisulfite Sequencing PCR)和免疫荧光化学等方法分析DNA甲基化对牛早期胚胎发育中AID基因表达的影响。结果显示,AID基因在牛早期胚胎发育中受DNA甲基化的调控,AID基因的T-DMR(tissue-dependent and differentially methylated region)位于其转录起始位点-88 bp--431 bp。在牛卵母细胞成熟过程中,T-DMR第2和第3号Cp G位点的DNA甲基化明显去除,而其他位点都未发生变化。卵母细胞在成熟过程中AID基因的积累与DNA甲基化状态变化相关。在牛体外受精胚发育早期的各阶段,尽管AID基因的表达不同,但AID基因T-DMR除第2和第3号CpG位点一直都维持去甲基化状态外,其他位点始终维持甲基化状态。推测其表达的变化可能是胚胎基因组激活有关。以上研究表明,AID基因T-DMR的低甲基化与其表达存在一定的相关性。通过免疫荧光检测发现,从卵母细胞成熟期到桑椹胚期,AID蛋白都是均匀分布于细胞核和细胞质中。而囊胚时期大量AID蛋白集中于内细胞团,这可能对于内细胞团多能性的维持起重要作用。综上所述,牛卵母细胞成熟中积累的AID作用于受精过程,其启动子区的DNA去甲基化与AID基因的表达有关,胚胎基因组激活后AID基因的表达可能与胚胎发育有关。     

乳腺癌相关基因的甲基化

肿瘤组织中常伴随基因组整体甲基化水平降低和(或)某些基因CpG岛甲基化水平异常升高,这两种变化在肿瘤发生和发展中都扮演着重要的角色。近年来诸多研究报道了CpG岛高甲基化可导致乳腺癌相关的一系列关键基因的表达缺失。由于表观遗传变化存在潜在可逆性,因此,通过检测患者特定基因甲基化状态早期诊断乳腺癌,以及运用甲基化抑制剂来治疗乳腺癌,已成为国内外研究的热点和新思路。     

牛早期胚胎发育中AID基因的表达及其调节区DNA甲基化的动态变化

以具有DNA主动去甲基化作用的活化诱导胞苷脱氨酶(Activation-induced cytidine deaminase,AID,亦称为AICDA)基因为研究对象,检测其在牛卵母细胞及体外受精胚胎发育不同阶段的表达变化及其调节方式,揭示细胞重编程分子机制。应用Real-time PCR、BSP(Bisulfite Sequencing PCR)和免疫荧光化学等方法分析DNA甲基化对牛早期胚胎发育中AID基因表达的影响。结果显示,AID基因在牛早期胚胎发育中受DNA甲基化的调控,AID基因的T-DMR(tissue-dependent and differentially methylated region)位于其转录起始位点-88 bp--431 bp。在牛卵母细胞成熟过程中,T-DMR第2和第3号Cp G位点的DNA甲基化明显去除,而其他位点都未发生变化。卵母细胞在成熟过程中AID基因的积累与DNA甲基化状态变化相关。在牛体外受精胚发育早期的各阶段,尽管AID基因的表达不同,但AID基因T-DMR除第2和第3号CpG位点一直都维持去甲基化状态外,其他位点始终维持甲基化状态。推测其表达的变化可能是胚胎基因组激活有关。以上研究表明,AID基因T-DMR的低甲基化与其表达存在一定的相关性。通过免疫荧光检测发现,从卵母细胞成熟期到桑椹胚期,AID蛋白都是均匀分布于细胞核和细胞质中。而囊胚时期大量AID蛋白集中于内细胞团,这可能对于内细胞团多能性的维持起重要作用。综上所述,牛卵母细胞成熟中积累的AID作用于受精过程,其启动子区的DNA去甲基化与AID基因的表达有关,胚胎基因组激活后AID基因的表达可能与胚胎发育有关。     

长白猪×蓝塘猪及其杂种基因组甲基化片段克隆与分析

应用甲基化敏感扩增多态性(MSAP)技术对6头长白公猪和50头蓝塘母猪及5头长白×蓝塘杂交F1代3个群体基因组DNA胞嘧啶甲基化位点进行检测,旨在克隆和分析父母代猪及其杂种F1代之间基因组DNA共同甲基化片段和差异片段,并找到其同源基因.结果显示,从MSAP条带中分离、克隆得到18条3个群体共同的甲基化片段、10条母代独有的甲基化片段和9条杂交一代独有的甲基化片段,其中有1条3个群体共有的甲基化片段通过EST拼接和电子延伸后在NCBI数据库中找到同源基因,即猪类酪氨酸蛋白激酶Lyn基因(GeneID:LOC100152890,序列号:XM_001926250).结果表明,长蓝杂交F1代与其父母代之间的基因组甲基化存在异同,为通过MSAP技术克隆猪基因组DNA甲基化片段及寻找其对应的甲基化基因提供可能,也会为将来研究这些甲基化基因表达调控机制奠定基础.     

玉米MuDR转座子DNA甲基化的MSP检测

DNA甲基化作为一种重要的表观遗传修饰,广泛存在于高等动植物中,并在维持基因组稳定性、调节基因表达等方面起着重要作用,因此建立快速有效地DNA甲基化检测技术至关重要.本文以两种不同MuDR活性的玉米转座子材料为研究对象, 探讨了甲基化特异性PCR(MSP)在检测DNA甲基化的有效性.结果表明: MSP技术可快速有效地检测MuDR转座子的末端反向重复(TIRs)序列内的CpG岛DNA甲基化的变化,灵敏度高,特异性强,可作为植物已知基因DNA甲基化检测的一种新方法.同时利用MSP研究发现,玉米MuDR转座子的活性随其TIRs序列内的CpG岛DNA甲基化的变化而改变, DNA甲基化是调控玉米MuDR转座活性的重要分子机制之一.     

小鼠骨髓细胞中p16和Ralb基因启动区CpG岛的甲基化位点分析

抑癌基因p16和白血病致癌因子Ralb与白血病的发生密切相关,其启动子区CpG岛的甲基化对基因表达具有重要作用.本文旨在分析p16、Ralb基因启动子区CpG岛甲基化位点信息,并比较这两个基因在小鼠骨髓细胞和原代培养的骨髓细胞中甲基化状态的差异.运用"MethPrimer"软件预测p16、Ralb基因启动子区的CpG岛,设计甲基化特异性引物.利用重亚硫酸盐测序法(BSP)检测甲基化位点信息.结果显示,p16有1个CpG岛,岛上21个CpG位点全部未发生甲基化;Ralb有2个CpG岛,CpG岛1上的5个CpG位点全部呈甲基化状态,而CpG岛2上的17个CpG位点全部呈非甲基化状态,且小鼠骨髓细胞和体外原代培养的骨髓细胞中两基因的甲基化状态一致.表明p16、Ralb基因甲基化状态未受外界培养条件的影响而改变,提示在与两基因甲基化相关的研究中体外试验可替代体内试验.     

雄激素非依赖性前列腺癌细胞中差异甲基化基因的初步筛选

应用全基因组DNA甲基化芯片(Illumina Infinium HumanMethylation27 BeadChip)杂交技术以及转录组RNA测序技术,检测了雄激素依赖性前列腺癌(androgen-dependent prostate cancer,ADPC)细胞株LNCaP和雄激素非依赖性前列腺癌(androgen-independent prostate cancer,AIPC)细胞株LNCaP-AI(androgen independent)中的差异甲基化基因。发现与LNCaP细胞株相比,LNCaP-AI细胞株有990个CpG位点表现为高甲基化,涉及855个基因;2 305个CpG位点表现为低甲基化,涉及1 970个基因。结合转录组mRNA表达结果,筛选出6个超甲基化基因:FAM111B、RAB36、PCDH7、COL6A2、IGF1R、GULP1;8个低甲基化基因:EPHA3、TM4SF1、IGFBP5、FAM105A、RASD1、ITPR2、CYP27B1、UBE2E3。这些差异甲基化基因涉及钙离子信号通路、Wnt信号通路等多个信号通路,参与了细胞的基因表达、信号传导、细胞通讯、细胞运动、细胞黏附以及血管生成等功能,为探讨这些差异甲基化基因在前列腺癌雄激素非依赖性转化过程中发挥的作用奠定了基础。     

纳米孔基因测序技术在DNA甲基化修饰检测中的应用研究进展

DNA甲基化是最常见的表观遗传修饰类型之一,其中哺乳动物基因组中最常见的5-甲基胞嘧啶(5-methylcytosine, 5mC)甲基化修饰参与了许多重要的生命活动,其含量的异常与疾病,尤其是癌症的发生发展密切相关。当前检测5mC修饰最常用的方法是基于亚硫酸氢盐转化的第二代基因测序技术,该方法虽然转化效率高且测定准确,但仍然存在不足之处,包括DNA分子降解、处理过程繁杂、测序读长较短、检测特异性不高等。近些年发展起来的纳米孔基因测序技术凭借其能对DNA修饰直接进行检测,且具有读长长、通量高、速度快等特点,在DNA表观遗传修饰检测方面展现了良好优势。本文对DNA的5mC修饰的形成及其经典的检测方法进行了简要介绍,并重点介绍了纳米孔基因测序技术在DNA的5mC修饰检测中的应用研究进展。     

奶牛乳腺组织RPS6KB1基因启动子甲基化分析

DNA甲基化是目前生命科学领域的研究热点之一,DNA甲基化在维持细胞功能、遗传印记、个体生长发育中起着重要作用．本研究采用亚硫酸氢盐测序(BSP)技术检测了不同发育时期奶牛乳腺组织及不同乳品质泌乳期奶牛乳腺组织RPS6KB1启动子的甲基化特征,实时荧光定量PCR检测RPS6KB1基因mRNA差异表达．实验结果显示,在RPS6KB1基因启动子内存在CpG及非CpG的甲基化模式,其中泌乳期奶牛之间甲基化水平相似,妊娠期奶牛甲基化程度高于泌乳期奶牛．荧光定量结果显示不同发育时期,RPS6KB1基因mRNA水平表达差异显著（P<0.05）,而两组泌乳期奶牛之间差异不显著（P>0.05）.说明RPS6KB1的表达受到其启动子甲基化的调控,非CpG甲基化模式可能具有与CpG甲基化模式相似的生物学功能,参与RPS6KB1的表达调控．     

关于食管癌亚型食管基底细胞样鳞癌的基因芯片数据分析

分析食管基底细胞样鳞癌(basaloid squamous cell carcinoma of the esophagus,BSCCE)的组织样本基因表达情况,探讨其病理学过程和肿瘤免疫逃逸机制,同时对BSCCE独特的肿瘤微环境及潜在的临床指标在对其远期预后的病理基础进行讨论,以期为临床工作中更好的治疗BSCCE提供一定的理论基础。利用临床术中获取的组织样本及其基因芯片数据,进一步获取BSCCE组织样本与同体正常组织样本的基因差异表达情况(log|FC|≥2,p0.05),其中BSCCE组织相对于正常组织的上调表达差异表达基因共489个,下调差异表达基因922个,利用DAVID在线分析系统对差异表达基因进行京都基因与基因组百科全书(kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)信号通路分析获取对BSCCE组织病理情况相关的分析结果,进一步利用STRING-OL工具对差异表达基因的可信度(可信度≥0.4)进行筛选,获取差异表达基因的蛋白质相互作用分析(protein-protein interaction,PPI)结果,进一步利用Cytoscape软件对筛选后的PPI结果制作相应的基因相互作用网状图,并进一步筛选核心表达的差异基因。在上调差异基因的KEGG分析中获得了88个结果,如p53signaling pathway、Cytokine-cytokine receptor interaction pathway、Toll-like receptor signaling pathway等,在下调的差异基因KEGG分析中获得了125个结果,如Drug metabolism-cytochrome P450 pathway、MAPK signaling pathway、Calcium signaling pathway、Cytokine-cytokine receptor interaction pathway等,这些相关的信号通路对进一步理解BSCCE的肿瘤微环境变化及肿瘤病理相关机制有重要意义,通过PPI分析,我们筛选出了一些与肿瘤远期生存率(overall survival,OS)相关的基因:CDC6、CDC20、TOP2A、NEK2、CDC25A等,这为我们进一步研究BSCCE及其肿瘤病理标志物和远期生存的关系提供了理论基础。