表观遗传对炎症的调控机制及其在奶牛乳房炎抗病育种中的应用前景

炎症受遗传和非遗传因素(环境或表观遗传)的共同影响, 其中表观遗传(Epigenetic)在炎症的发生发展过程中发挥重要调控作用。表观遗传修饰是指DNA序列没有改变, 而基因表达却发生了可遗传的变化, 主要包括DNA甲基化和组蛋白修饰等。表观遗传为病原微生物与炎症反应间关系的研究架起了重要桥梁。炎症反应中T辅助细胞的分化, 细胞因子、趋化因子等基因的表达都受到表观遗传的调控。文章主要综述了DNA甲基化、组蛋白修饰等对炎症尤其是乳房炎的调控机制, 并就表观遗传调控在奶牛乳房炎治疗及抗病育种中的应用前景进行了展望。     

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。     

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甲基化在克罗恩病中的调控作用

克罗恩病(Crohn's disease, CD)是一种慢性、反复发作的多病因肠道异质性疾病。在此过程中,CD可显著改变肠道黏膜组织形态及炎症相关基因的甲基化水平,并可影响血细胞炎症基因的甲基化修饰,进而调控相关基因的表达并诱导CD相关的炎症、黏膜损伤等病理反应,这也意味着特定位点的DNA甲基化可作为CD诊疗的潜在分子靶标。该文将综合阐述CD与DNA甲基化修饰的相关性及DNA甲基化作为CD诊断分子标记的可行性。     

DNA甲基化调控炎症反应干预As斑块稳定性的研究进展

动脉粥样硬化(As)斑块破裂是导致急性心脑血管事件发生的首要原因。既往对斑块破裂的基础研究多集中于细胞和分子水平,从表观遗传学角度阐述的研究较少。DNA甲基化作为表观遗传学修饰的主要方式之一,可在不改变基因核苷酸序列的情况下影响基因的表达。综合目前研究来看,炎症反应在斑块破裂过程中起关键性作用,而DNA甲基化对炎症反应又起重要的调控作用。因此,改变DNA甲基化状态来调控炎症反应干预As斑块稳定性,有望成为防治As等心脑血管疾病的有效途径之一。本文主要围绕与As炎症反应密切相关的几种炎症免疫细胞及炎症因子等方面,对近年来DNA甲基化调控炎症反应干预As斑块稳定性的研究进展作一综述。     

抑郁症相关基因甲基化的研究进展

抑郁症的病因学研究已久,但目前仍无法确切阐述其病理生理学机制。目前抑郁症相关的发病机制主要有炎症反应学说、单胺类神经递质及其受体学说、HPA轴功能失调等学说。近年来随着DNA甲基化的深入研究,发现DNA甲基化与抑郁症的发生、发展之间存在一定的相关性,一些相关基因的甲基化水平在抑郁症的发病中可能发挥着重要的作用,对抑郁症的诊治具有重要意义。本文就一些抑郁症相关基因DNA甲基化的研究进展进行了综述。     

植物DNA甲基化调控因子研究进展

DNA甲基化是重要的植物基因组表观遗传修饰。植物中DNA甲基化的建立与维持是由多个调控因子协同作用的结果。不同的甲基转移酶类能直接作用于不同位点胞嘧啶甲基化, 其中MET1主要负责保持原初CG位点的甲基化, CMT3主要负责保持CNG位点的甲基化, 并由DRM与CMT3的协同从头甲基化作用来补偿其他相关序列的甲基化。这些甲基转移酶与染色质重塑解旋酶和组蛋白修饰因子协同改变染色质的结构, 行使表观遗传的功能。DNA转葡糖基酶有去甲基化活性从而减轻基因沉默。文章综述了以上植物DNA甲基化调控因子的生物学功能及其之间的相互作用和近年来的研究进展, 以更好的理解DNA甲基化的建立、保持和去除的机制。     

DNA甲基化——肿瘤产生的一种表观遗传学机制

在人类基因组中,DNA甲基化是一种表观遗传修饰,它与肿瘤的发生关系密切。抑癌基因和DNA修复基因的高甲基化、重复序列DNA的低甲基化、某些印记基因的印记丢失与多种肿瘤的发生有关。目前研究发现,基因组中甲基化的水平不仅受DNA 甲基化转移酶（DNMT）的影响,还与组蛋白甲基化、叶酸摄入、RNA干扰等多种因素有关。DNA甲基化在基因转录过程中扮有重要角色,并与组蛋白修饰、染色质构型重塑共同参与转录调控。     

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。     

外源NO对转基因白桦外源基因表达及DNA甲基化的影响

为探讨外源NO诱导转基因白桦外源基因表达与基因组DNA甲基化之间的关系,本研究分析了NO供体硝普钠（sodium nitroprusside,SNP）对转基因白桦愈伤组织中外源基因BGT转录的影响,并对此过程中基因组DNA甲基化水平、甲基转移酶基因DRM、MET表达量及生理生化指标进行研究。结果表明：2 mmol·L^-1SNP处理后,转基因白桦防御酶活性、丙二醛（MDA）含量显著升高,表明高浓度NO对白桦细胞正常生命活动产生了伤害;甲基转移酶DRM和MET基因上调表达,基因组DNA甲基化水平由10.6%增加到16.5%,外源基因BGT表达量在6 h时显著增加,3 d时仅为对照的0.46倍,说明转基因白桦外源BGT基因的表达对高浓度NO响应明显且受基因组甲基化水平的影响。本研究揭示了转基因白桦外源BGT基因和甲基转移酶MET、DRM基因对高浓度NO的响应模式,分析了基因组甲基化水平及生理生化特征的变化,为转基因植物生长发育的表观遗传调控和外源基因表达影响机制的研究奠定基础。     

基于生物芯片探讨高脂饮食对动脉粥样硬化小鼠基因组DNA甲基化的影响

目的:采用DNA甲基化芯片技术探讨高脂饮食对Apo E-/-小鼠动脉粥样硬化模型全基因组DNA甲基化的影响。方法:30只雄性Apo E-/-小鼠随机分为正常组与高脂组,每组15只,正常组给予正常饲料喂养,高脂组给予高脂饲料喂养。16周后,测其血脂、血清同型半胱氨酸水平(Hcy)水平、血清DNA甲基化与血清DNA甲基化转移酶(DNMTs)水平;采用DNA甲基化芯片检测两组小鼠主动脉组织全基因组甲基化情况。结果:与正常组相比,高脂组小鼠血清CHOL、TG、LDL-C均显著升高,HDL-C显著下降;血清DNA甲基化水平与血清DNA甲基化转移酶(DNMTs)水平均显著升高。甲基化芯片结果显示:与正常组相比,高脂组主动脉全基因组中共有875个基因甲基化发生改变,差异具有统计学意义(P0.05),其中高甲基化基因数目496,占总数56.69%;低甲基化基因数目379,占总数的43.31%。结论:高脂饲料可升高主动脉基因组甲基化水平,降低基因组的表达,可能是Apo E-/-小鼠容易形成动脉粥样硬化的机制之一。     

MPTP诱导的帕金森病小鼠模型黑质脑组织DNA甲基化研究

为研究DNA甲基化在帕金森病发病机制中的作用,本研究用环境毒素1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶(MPTP)连续腹腔给药诱导小鼠帕金森病(Parkison's disease,PD)模型,应用ELISA检测小鼠黑质脑组织总体甲基化水平,应用实时荧光定量PCR方法检测DNA甲基转移酶表达水平,探讨MPTP诱导的小鼠PD模型黑质部位是否存在DNA甲基化异常.进一步应用甲基化DNA免疫共沉淀结合DNA甲基化芯片方法,构建MPTP诱导的小鼠PD模型黑质脑组织DNA甲基化谱,并寻找DNA甲基化修饰异常的PD相关基因对其进行验证.结果表明,模型组小鼠黑质脑组织DNA总体甲基化水平较对照组显著降低,Dnmt1的表达水平显著增高.利用DNA甲基化芯片在全基因组内筛选出甲基化差异修饰位点共48个,涉及44个基因,这些甲基化差异基因参与信号转导、分子转运、转录调控、发育、细胞分化、凋亡调控、氧化应激、蛋白质降解等生物学过程.在甲基化差异修饰基因中,对Uchl1基因及Arih2基因进行了甲基化水平以及表达水平的验证.结果表明,模型组小鼠黑质脑组织Uchl1启动子区域甲基化水平较对照组增高,m RNA及蛋白质表达水平降低,Arih2启动子区域甲基化水平较对照组降低,m RNA及蛋白质表达水平增高.实验结果进一步证实,DNA甲基化修饰异常在帕金森病发病机制中有重要作用,环境因素(如MPTP)可以通过改变DNA甲基化修饰参与帕金森病的发生发展.     

DNA甲基化与癌症

DNA甲基化是重要的表观遗传修饰,主要发生在DNA的CpG岛. DNA的甲基化通过DNA甲基转移酶（DNA methyltransferases, DNMTs）完成. DNA甲基化参与了细胞分化、基因组稳定性、X染色体失活、基因印记等多种细胞生物学过程.单基因水平及基因组范围内的DNA甲基化改变在肿瘤发生发展中亦发挥重要作用. 抑癌基因的异常甲基化引起的表达抑制,可导致肿瘤细胞的增殖失控和侵袭转移,并参与肿瘤组织的血管生成过程.在许多肿瘤的研究中都发现了基因组整体DNA低甲基化所导致的染色体不稳定性. 本文从DNA的异常高甲基化和低甲基化两方面论述了DNA甲基化在细胞恶变发生发展过程中的改变及其影响,并阐述了DNA甲基化改变在肿瘤诊断和治疗中的作用.     

DNA甲基化及其对植物发育的调控

DNA甲基化属于一种表观遗传修饰,主要发生在CpG双核苷酸序列中的胞嘧啶上,是在DNA甲基转移酶催化下,以S-腺苷甲硫氨酸为甲基供体,将甲基转移到胞嘧啶上,生成5-甲基胞嘧啶的一种反应。DNA甲基化在植物生长过程中具有极其重要的作用。综述了植物DNA甲基化的特征、调控机制,及其对植物基因表达影响的研究进展。     

DNA甲基化在精子发生中的作用

精子发生(spermatogenesis)是一个高度特化的细胞复杂分化过程,其中DNA二核苷酸CpG甲基化变化与基因转录激活、染色质改构以及遗传印记相关,并且该甲基化与基因表达之间的关系是非直接的,其可通过染色质结构的改变或DNA与蛋白质的相互作用来介导。本文着重介绍精子发生过程中DNA甲基化及其跨代遗传风险、DNA甲基转移酶的调控机制以及DNA甲基化与男性不育之间的关系等,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。     

DNA甲基转移酶DNMT3A在人类常见病毒感染中的研究进展

DNA甲基转移酶（DNA methylationtransferases,DNMTs）是哺乳动物建立与维持基因甲基化的酶类家族，参与基因表达和调控等生物学过程。其中DNA甲基转移酶3A(DNA methyltransferase 3 Alpha,DNMT3A)是机体重要DNMTs之一，DNMT3A突变或异常表达所诱导的基因甲基化引起机体相关因子活性失调进而诱发疾病发生，DNMT3A介导的基因甲基化与人类常见病毒感染所致疾病密切相关。本篇综述从人类常见病毒感染宿主的角度出发，对DNMT3A在促进病毒感染与诱发疾病中的作用进行阐述，为进一步探究以DNMT3A为病毒感染性疾病治疗靶点提供参考和思路。     

DNA甲基化与肿瘤

表观遗传指不涉及DNA序列改变的,可随细胞分裂而遗传的基因组修饰作用;DNA甲基化是其中研究最多的基因表达调节机制。异常DNA甲基化可致肿瘤发生,它亦是肿瘤基因诊断和治疗的靶点。文章介绍DNA甲基化基本概念、作用效果及其可能机制;并讨论异常DNA甲基化与肿瘤的关联,包括肿瘤中DNA异常甲基化原因、异常甲基化致瘤机制及基因甲基化研究在肿瘤诊治中的应用等。     

植物DNA甲基化与基因表达的关联性研究进展

DNA甲基化是真核生物基因组最重要的修饰方式之一。就植物DNA甲基化模式、建立、维持机制及其特征进行了综述,并且着重解释了植物DNA甲基化影响基因表达的机制。总结了在胁迫环境下单基因甲基化状态发生改变对于基因表达的影响,并对当前利用高通量测序技术分析植物全基因组范围内DNA甲基化与基因表达的关联分析研究进行综述。     

DNA羟甲基化调控动脉粥样硬化的研究进展

DNA羟甲基化作为一种表观遗传学修饰,对基因的表达调控起到了重要作用。近年来,越来越多的研究发现在心血管疾病中可见5-羟甲基胞嘧啶(5-hydroxymethylcytosine, 5hmC)和染色体10/11易位(ten-eleven translocation,TET)家族蛋白的异常改变,提示这些心血管疾病与DNA羟甲基化的调控密切相关。DNA羟甲基化水平与动脉粥样硬化常见的危险因素如衰老、性别、高血压和吸烟存在一定关联,并且和动脉粥样硬化发生过程中所涉及的免疫炎症反应以及内皮细胞和血管平滑肌细胞的功能相关。本文综述了DNA羟甲基化和TET家族蛋白对于动脉粥样硬化的作用机制及研究现状,以期为动脉粥样硬化的发生发展及诊断治疗提供表观遗传学方面的研究思路。