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甲基转移酶

DNA甲基化在基因调节和动物发育中起着重要作用。负责DNA甲基化作用的酶尔为DNA甲基转移酶（Dnmts）。到目前为止,在哺乳动物细胞中已经鉴定了三种DNA甲基转移酶基因家族,即Dnmt1、Dnmt2和Dnmt3。鉴定和研究DNA甲基转移酶对阐明DNA甲基化机制起着关键的作用。     

DNA甲基转移酶的表达调控及主要生物学功能

DNA甲基化是表观遗传学的重要部分, 同组蛋白修饰相互作用, 通过改变染色质结构, 调控基因表达。在哺乳类细胞或人体细胞中, DNA甲基化与细胞的增殖、衰老、癌变等生命现象有着重大关系。对催化DNA甲基化的DNA甲基转移酶(DNA methyltransferase, Dnmt)的研究可以揭示DNA甲基化对基因表达调控的机制, 从而研究与之相关的重要生命活动。文章以DNA甲基转移酶作为切入点, 探讨DNA甲基转移酶在基因表达调控中发挥的作用及其主要生物学功能。     

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。     

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甲基化在中枢神经系统发育中的研究进展

DNA甲基化是最早被发现的表观遗传修饰之一。近年来,大量的研究显示DNA甲基化在中枢神经系统(CNS)发育中发挥了重要作用。不同种类的DNA甲基转移酶(Dnmt)和DNA甲基结合蛋白(MBD)在CNS发育的不同阶段发挥不同的作用。DNA甲基化促进神经干细胞向神经元方向分化,抑制其向胶质细胞分化。Dnmt和MBD主要在神经元中表达,而在胶质细胞不表达或表达较少。DNA甲基化调节神经发生和突触的形成,参与学习记忆。星型胶质细胞的标志物GFAP去甲基化促进早期神经上皮分化为星型胶质细胞。少突胶质细胞相关基因MAG和Sox10等也受甲基化的调节。本文主要从以上方面综述了DNA甲基化在中枢神经系统发育中的作用。     

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。     

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。     

植物DNA甲基化与作物种质资源保存

DNA甲基化是真核生物基因表达调控的重要机制之一。甲基化DNA与甲基特异结合蛋白结合,并作为染色质修饰复合物识别和作用的平台,参与对染色质组织方式的调节,最终影响基因的表达。本文对植物DNA甲基化及其生物学功能、检测分析方法以及作物种质资源保存中存在的甲基化现象进行了综述,旨在为深入了解DNA甲基化修饰对种质资源的影响,更好地开展作物种质资源保护供参考。     

动脉粥样硬化脂代谢紊乱与DNA甲基化的关系

心血管疾病是导致人类死亡的主要原因之一,动脉粥样硬化(Atherosclerosis,As)是心血管疾病的重要病理基础,炎症反应是动脉粥样硬化的重要病理机制。脂代谢紊乱是动脉粥样硬化的独立危险因素,贯穿动脉粥样硬化的始终,并且是导致炎症反应发生的重要原因。DNA甲基化是一种不改变基因核苷酸序列而能调控基因表达的一种重要的表观遗传学方式。有研究证明,脂代谢紊乱的发生、发展与DNA甲基化存在密切关系。本文将围绕与脂代谢紊乱相关基因对动脉粥样硬化过程中脂代谢紊乱与DNA甲基化的关系做一综述。     

DNA甲基化在肝癌中的研究进展

DNA甲基化是甲基选择性添加到胞嘧啶上形成5-甲基胞嘧啶的过程,作为表观遗传修饰的重要方式,可以在不改变DNA序列的情况下调控基因的表达。肿瘤抑制基因的表观遗传沉默是导致人类癌症发生、发展的主要事件。肝癌是严重威胁人类生命健康的恶性肿瘤,其发展是一个从慢性肝炎、肝硬化、原发性肝癌到转移性肝癌的多步骤过程。表观遗传调控的分子机制与肝癌密切相关。除了传统的血清学标志物和影像学检查,一些高灵敏度和特异性的肿瘤标志基因甲基化检测在恶性肿瘤的早期诊断、治疗监测及预后评估方面具有很好的潜力。因此,该文对可能用于肝癌高危人群早期筛查和风险评估的异常DNA甲基化相关的生物标志物进行综述。     

孕期营养不良影响子代生长发育的表观遗传机制

表观遗传学是一门研究核酸序列不变,基因的可遗传变化的表达和调控的遗传学分支学科,主要包括DNA甲基化、组蛋白共价修饰、染色质重塑、基因沉默和RNA调控等机制。近年来,表观遗传修饰的检测方法也逐渐完善。营养物质不仅构成生命体的物质基础,还可以通过表观遗传调控机制对生命体的代谢活动进行一定的调节。由于早期胚胎和哺乳期幼仔产后早期所需营养物质全部和部分来源于母体孕期营养,因此本文综述了母体孕期营养水平对后代生长发育的表观遗传调节机制——DNA甲基化和组蛋白修饰。     

TET酶的生物学功能及相关机制的研究进展

DNA甲基化（DNA methylation）及去甲基化属于常见的表观遗传修饰,可介导多种生理和病理过程。DNA甲基化及去甲基化修饰参与基因的表达调控,且二者的动态平衡可以维持遗传表达稳定性。DNA甲基转移酶（DNA methyltransferase,DNMT）主要包括DNMT1、DNMT3A、DNMT3B、DNMT3L,DNA去甲基化酶（DNA demethylase）主要指10-11易位蛋白（ten-eleven-translocation protein,TET）家族,包括TET1、TET2、TET3,是调节DNA甲基化和去甲基化的重要酶类。TET酶是目前发现的调节DNA去甲基化（DNA demethylation）过程中最重要的酶。综述了TET酶在DNA去甲基化修饰中的作用机制,探讨了DNA去甲基化酶在生长发育和疾病中的关键作用,以期为今后表观遗传学的相关研究提供新思路。     

环境因素对DNA甲基化的影响

在哺乳动物中, DNA甲基化是指在DNA 甲基转移酶(DNA-methyl transferase, DNMT)的作用下, 以S-腺苷甲硫氨酸提供甲基供体, 将其甲基转移到脱氧胞嘧啶环第5位碳原子形成甲基化脱氧胞嘧啶的共价修饰。DNA甲基化改变组蛋白和DNA之间的相互作用, 使染色质构象发生改变从而影响基因的表达, 总体来说DNA甲基化水平与基因的表达呈负相关。越来越多的报道证实, 环境因素可以影响表观遗传修饰, 其并没有涉及遗传信息的改变, 所以在一定范围内可以解释表型变化。文章围绕环境因素(温度、营养供给、异常化学因子、早期环境刺激和辐射等)对DNA甲基化产生的影响进行综述, 这些影响包括亲代和子代DNA甲基化的改变及子代行为和表型变化等方面, 以期进一步阐释环境因素与基因互作的关系。     

细菌DNA甲基化研究进展

DNA甲基化修饰是细菌调控基因表达的一种重要方式,在很多生理过程中发挥非常关键的作用.本文系统介绍了细菌DNA甲基化修饰的起源、DNA甲基转移酶,分类总结了DNA甲基化调控基因表达的机制.同时对近年来细菌DNA甲基化的功能、DNA甲基化检测方法的进展进行了综合评述.这些研究对人类了解细菌DNA甲基化表观调控及控制细菌感染具有重要指导意义.     

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甲基化在动植物遗传育种中的研究进展

DNA甲基化是真核生物表观遗传学重要的机制之一,对基因转录水平的表达具有重要的调控作用。近年来,DNA甲基化在动植物遗传育种领域的研究引起了人们广泛的关注。我们从DNA甲基化与基因的表达调控、动植物基因组的甲基化状态、甲基敏感扩增片段多态性方法、DNA甲基化与杂种优势,以及DNA甲基化与分子标记等方面,简要综述了国内外有关DNA甲基化在动植物遗传育种研究中的进展,着重于全基因组DNA甲基化模式在动植物遗传育种中的相关研究和应用。     

P53蛋白赖氨酸甲基化与去甲基化

P53作为肿瘤抑制因子和转录调节因子在控制细胞周期、凋亡和DNA修复方面发挥重要作用。P53蛋白的稳定性和转录激活活性的调节主要依赖磷酸化、乙酰化、泛素化等多种翻译后修饰。最近研究发现一些组蛋白赖氨酸甲基转移酶和去甲基化酶可使P53蛋白C-端赖氨酸残基发生甲基化或去甲基化,调节P53蛋白的稳定性和转录激活活性。甲基化和去甲基化与其它翻译后修饰相互作用构成“P53密码”调节P53蛋白功能。     

DNA甲基化与多发性骨髓瘤

DNA甲基化是目前肿瘤领域研究中研究最多的表观遗传学机制之一.主要发生在DNA的CpG岛.DNA的甲基化通过甲基转移酶(DNA methyltransfeases,DNMTs)完成.DNA甲基化在多种肿瘤的发生、发展中都起到了重要的作用.大量研究发现,甲基化与多发性骨髓瘤的发生、发展及诊断治疗等有密切关系.深入探讨多发性骨髓瘤(MM)相关的甲基化可为MM发病机制的研究及治疗提供新的思路.