DNA4mcEL:基于核苷酸信息特征计算分析与预测DNA N~4-甲基胞嘧啶位点

N~4-甲基胞嘧啶(N~4-methylcytosine,4mC)是一种重要的表观遗传修饰,在DNA的修复、表达和复制中发挥重要作用。准确鉴定4mC位点有助于深入研究其生物学功能和机制,由于4mC位点的实验鉴定即耗时又昂贵,特别是考虑到基因序列的快速积累,迫切需要补充有效的计算方法。因此,提供一个快速、准确的4mC位点在线预测平台十分必要。目前,还未见对构建必要的预测模型所需的不同特征的机器学习(machine learning,ML)方法进行全面的分析和评估。我们构建多组特征集,并且采用5种ML方法 (如随机森林,支持向量机,集成学习等),提出一种称为"DNA4mcEL"的预测方法。在随机10折交叉验证测试下与现有的预测器相比,DNA4mcEL预测C. elegans、D. melanogaster、A. thaliana、E. coli、G. subterraneus、G. pickeringii 6个物种的精度均有提高。基于本方法的预测器DNA4mcEL在这项任务中显著优于现有的预测器。我们希望通过这个综合调查和建立更准确模型的策略,可以作为激发N~4-甲基胞嘧啶预测计算方法未来发展的有用指南,加快新N~4-甲基胞嘧啶的发现。DNA4mcEL的独立版本可以从https://github.com/kukuky00/DNA4mcEL.git免费获得。     

TET蛋白：一个新的DNA修饰酶家族

DNA的胞嘧啶（C）5-甲基化是一种重要的表观修饰,它参与基因调节、基因组印记、X-染色体失活、重复序列抑制和癌症发生等过程. 5-甲基胞嘧啶（5mC）可被TET (ten-eleven translocation)蛋白家族进一步转化为5-羟甲基胞嘧啶（5hmC）,该过程是DNA去甲基化的1个必要阶段. 5hmC可在活性转录基因起始位点和Polycomb抑制基因启动子延伸区域富集.TET蛋白包括3个成员TET1、TET2和TET3,均属于α-酮戊二酸和Fe²⁺依赖的双加氧酶,其催化涉及氧化过程.小鼠Tet1在胚胎干细胞发育中拥有双重作用,即促进全能因子的转录,又参与发育调节因子的抑制.人TET蛋白的破坏与造血系统肿瘤相关,如在骨髓增生性疾病/肿瘤存在频繁的TET2基因突变.TET蛋白和5hmC的研究为DNA甲基化/去甲基化及其生物学功能提供了新的视点.     

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）。     

表观遗传新标志物5hmC的研究进展

5-羟甲基胞嘧啶(5-hydroxymethylcytosine,5hmC)作为表观遗传的新标志物,已引起人们的极大兴趣.5hmC由TET家族酶催化氧化5-甲基胞嘧啶(5-methylcytosine,5mC)产生,被称为高等生物基因组DNA的"第六碱基".5hmC不仅可以影响基因组结构及功能,还在早期胚胎发育中发挥重要的作用.本文综述了5hmC的代谢通路、生物学功能、在基因组的分布及分析方法的研究进展.     

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。     

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。     

高速逆流色谱分离制备蛹虫草中虫草素和N6-(2-羟乙基)-腺苷

采用高速逆流色谱（HSCCC）技术从蛹虫草子实体粗提物中分离制备高纯度虫草素和N⁶-(2-羟乙基)-腺苷。利用高效液相色谱（HPLC）测定目标产物在溶剂体系中的分配系数,优化HSCCC分离虫草素和N⁶-(2-羟乙基)-腺苷的溶剂体系,确定了以乙酸乙酯-正丁醇-1.5%氨水（1:4:5,V/V/V）为HSCCC的两相溶剂体系,并运用此溶剂体系,上相为固定相,下相为流动相,主机转速850r/min,流动相流速为1.5mL/min,检测波长为254nm条件下进行分离制备,在250min内从200mg蛹虫草子实体粗提物中一步分离得到10.8mg纯度99%的虫草素和6.1mg 纯度98%的N⁶-(2-羟乙基)-腺苷。该方法简便、快速,为虫草素和N⁶-(2-羟乙基)-腺苷的大量制备建立了基础。     

东方蜜蜂微孢子虫类甲基转移酶样蛋白5基因NcMettl5的克隆、分子特性与表达模式

N⁶-甲基腺苷(N⁶-methyladenosine,m⁶A)是真核生物中分布广泛、含量丰富且作用关键的一类RNA修饰。东方蜜蜂微孢子虫Nosemaceranae专性侵染成年蜜蜂导致微孢子病,给养蜂业造成很大损失。本研究对东方蜜蜂微孢子虫的甲基转移酶样蛋白5(Methyltransferase-likeprotein5,Mettl5)基因NcMettl5进行克隆,通过生物信息学预测NcMettl5蛋白的理化性质和分子特性,并通过RT-qPCR检测NcMettl5在东方蜜蜂微孢子虫侵染意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica工蜂过程的相对表达量,以期丰富NcMettl5的信息,并为探究东方蜜蜂微孢子侵染中NcMettl5的功能及调控机制提供基础。结果表明,扩增出约600bp的目的片段,与GenBank数据库收录的预测出的NcMettl5序列一致;NcMettl5的分子量约为22.64kDa,分子式为C₁₀₃₉H₁₆₄₅N₂₆₉O_2...     

m6A修饰调控细胞自噬参与雄性生殖疾病研究进展

N⁶-甲基腺苷(N⁶-methyladenosine, m⁶A)修饰是在腺苷核苷酸N⁶位置上发生的甲基化,在多种RNA代谢过程如m RNA剪接、翻译、运输、降解中发挥关键作用,进而对各种生命过程产生广泛影响。细胞自噬是真核细胞在自噬相关基因的调控下通过溶酶体对自身细胞质蛋白质和受损细胞器进行降解的过程。本文总结了m⁶A修饰调控细胞自噬在雄性生殖疾病发生发展过程中的研究进展,旨在为今后m⁶A修饰调节自噬水平在雄性生殖中的调控机理研究提供参考资料,为雄性生殖疾病的治疗策略提供新方向。     

拟南芥m6A甲基化组的系统鉴定和功能分析

作为mRNA上最丰富的一种甲基化修饰,N⁶-甲基腺苷(N⁶-methyl-adenosine,m⁶A)广泛存在于酵母以及动植物中。然而多年来由于缺乏有效的技术手段,这些甲基化修饰发生在mRNA的什么位置,以及如何行使其生物学功能,却长时间没有定论。近年来,随着mRNA去甲基酶FTO和ALKBH5的发现,m⁶A被证明是一种动态可逆的甲基化修饰。人们意识到,mRNA上的m⁶A可能和多种生物学功能相关。最近,研究人员利用高通量测序的方法,系统鉴定出人和小鼠mRNA上m⁶A的修饰情况,揭示出这一修饰具有潜在的调控功能。随后,对YTH蛋白家族的研究表明,这类蛋白特异性的结合m⁶A位点,并介导mRNA的降解。     

表观遗传学新标记——5-羟甲基胞嘧啶检测方法的研究进展

被称为"第六种碱基"的5-羟甲基胞嘧啶(5-hydroxymethylcytosine, 5hmC),广泛分布于多种哺乳动物的组织和细胞中,与胚胎发育,神经系统功能以及肿瘤研究高度相关.与5-甲基胞嘧啶(5-methylcytosine, 5mC)相比,5hmC在组织中含量更低,难以精确的检测.随着研究的深入,5hmC参与的重要生物学作用逐渐被人们发现,同时也促使着5hmC的检测和定量方法不断发展.为了区分5hmC与其他胞嘧啶衍生物,很多利用化学或者酶学修饰实现靶向检测或非靶向富集5hmC的方法应运而生.因此,选择并发展灵敏,准确,可靠的5hmC检测技术对于表观遗传研究至关重要.本文重点综述了近年来发展起来的5hmC检测和测序技术,通过比较分析各种方法的优缺点,为研究人员选择特定合适的方法开展相关研究提供重要的参考.     

基于circRNA的m6A修饰对肿瘤及免疫的调控作用

环状RNA(circular RNA,circRNA)是一类由反向剪切形成的单链共价闭合RNA分子，可通过吸附微RNA(microRNA,miRNA),结合RNA结合蛋白(RNA-binding protein, RBP),以及调控基因表达调控多种生命活动。此外，circRNA还能进行翻译活动，并被认为是一种有前景的生物标志物。N⁶-甲基腺嘌呤(N⁶-methyladenosine, m⁶A)为真核生物中广泛存在且最为常见的RNA修饰方式，通过m⁶A甲基转移酶(writers)、m⁶A去甲基化酶(erasers)和m⁶A识别蛋白(readers)3类调控因子发挥功能。近期的研究发现，m⁶A除了能在mRNA中发挥的作用外，对circRNA也具有调控作用。m⁶A修饰可调控circRNA的表达、稳定性、胞质转移、翻译及逃避非特异性免疫，已经被报道可以在直结肠癌、肝癌、非小细胞肺癌、宫颈癌、乳腺癌、骨肉瘤、下咽鳞状细胞癌...     

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。     

Hi-Meth：特定位点DNA甲基化高通量检测平台

胞嘧啶甲基化是DNA表观遗传修饰的主要类型之一,在维持正常细胞功能和调控基因表达中具有重要作用。重亚硫酸盐测序法(bisulfite sequencing PCR,BSP)是特异性位点DNA甲基化检测的通用方法,能明确目的片段中每一个CpG位点的甲基化状态,但此方法需要大量的单克隆测序,操作过程较繁琐、成本昂贵。因此,开发准确、高效、便捷的DNA甲基化检测技术对提升表观遗传研究效率具有重要意义。基于本课题组开发的高通量突变类型检测平台Hi-TOM (high-throughput tracking of mutations),我们进一步建立了特定位点DNA甲基化高通量检测平台Hi-Meth (high-throughput detection of DNA methylation)。DNA样品通过重亚硫酸盐处理之后,仅需一轮PCR扩增即可通过Hi-Meth平台获得特定位点DNA甲基化分析结果。利用Hi-Meth平台,对水稻不同基因启动子区域进行了DNA甲基化检测分析,并与基于BSP方法获得的结果进行了比较。结果表明,Hi-Meth策略与BSP策略检测结果基本一致。而且通过Hi-Meth平台可以更准确、便捷地获得特异性位点DNA甲基化分析结果。综上所述,Hi-Meth为特定DNA区域提供了重要的甲基化检测平台,对表观遗传研究具有重要意义。     

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。     

编委推荐

Developmental Cell|m⁶A去甲基化酶在胚胎发育和组织稳态中的生理意义N⁶-甲基腺苷(m⁶A)是最普遍的mRNA 修饰之一,m⁶A 修饰的动态变化由甲基转移酶(Writer)、去甲基化酶(Eraser)和阅读蛋白(Reader)等蛋白复合物共同调控。FTO 是主要的m⁶A 去甲基化酶之一,最初被认为可能与纤毛病和肥胖症有关联,然而其生理意义及潜在的作用机制仍然是一个悬而未决的问题。     

m6A修饰在植物生长发育和抗逆境胁迫中的功能

真核生物mRNA存在多种甲基化修饰,其中N⁶-腺苷酸甲基化(N⁶-methyladenosine, m⁶A)修饰是最为常见的一种动态内部修饰。m⁶A是指RNA腺嘌呤的第6位氮原子上发生甲基化修饰,它能够动态的被甲基转移酶添加,被去甲基化酶去除,以及被甲基化阅读蛋白识别。近年来,植物m⁶A修饰相关的酶被陆续鉴定,研究发现m⁶A修饰调控植物胚胎发育、茎尖分生组织分化、开花等生长发育过程,在植物抗逆境胁迫响应中也具有重要调控作用。本文就m⁶A修饰相关酶的组成及其在植物生长发育和植物抗逆境胁迫过程中的功能相关研究进展进行综述,并对甘蓝型油菜中m⁶A修饰相关的酶进行了生物信息学分析。     

N6-甲基腺苷修饰(m6A)在乳腺癌中的研究进展

乳腺癌是女性最常见的癌症之一,也是导致女性癌症死亡的最主要原因.尽管早期乳腺癌的治疗已经取得了极大进展,但晚期伴转移乳腺癌治疗效果较差,具有高复发率和高死亡率.因此,鉴定新的用于诊断和预测乳腺癌转移的分子标记、开发新的治疗策略成为迫切需要.近年来,mRNA的异常N⁶-甲基腺苷修饰(N⁶-methyladenosine,m⁶A)对癌基因功能和表达水平的表观遗传学调控逐渐成为恶性乳腺癌研究的焦点.本文分析和总结了m⁶A甲基化修饰及其调节蛋白参与调控乳腺癌发生发展的最新研究进展,以期为乳腺癌中m⁶A甲基化修饰研究提供新的思路和参考,进一步为乳腺癌的诊断、治疗、预后及监测提供新的有效策略.     

METTL3调控肿瘤侵袭转移的分子机制研究进展

甲基转移酶样3(methyltransferase-like 3, METTL3)是N⁶-甲基腺嘌呤(N⁶-methyladenosine, m⁶A)甲基转移酶复合体的核心催化亚基,能够催化RNA上的腺嘌呤第6位氮原子发生甲基化。已有研究显示METTL3在多种癌症中异常表达,与肿瘤增殖、侵袭、迁移、凋亡、细胞周期等密切相关。本文对近几年来METTL3调控肿瘤侵袭转移的研究进展进行综述,系统分析METTL3调控肿瘤侵袭转移的分子机制,为肿瘤的治疗提供新的思路和方案。