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深度解读近期DNA甲基化突破性研究进展

来源:生物谷 2017-05-19 08:20

DNA甲基化(DNA methylation)是科学家们最早发现的DNA修饰途径之一,即在甲基转移酶的催化下,DNA的CG两个核苷酸的胞嘧啶被选择性地添加甲基,形成5-甲基胞嘧啶。目前有大量研究证实,DNA甲基化能够引起染色质结构、DNA稳定性等发生改变,从而控制机体基因的表达。

本文中,小编整理了近年来DNA甲基化研究领域的最新研究进展,分享给各位!

【1】njp 2D MA:利用2D纳米孔检测DNA甲基化 新型癌症诊断技术有望被开发

doi:10.1038/s41699-017-0005-7

对癌症进行早期检测,就好像DNA中所发生的改变,或许能够帮助增强研究人员对癌症的诊断和疗法的进行,同时还能够帮助理解疾病的发病机制,日前,一项刊登在国际杂志npj 2D Materials and applications上的研究报告中,来自伊利诺伊大学的研究人员通过研究开发了一种新方法,该方法能够对DNA甲基化进行检测、计数并且绘图,而DNA甲基化是癌症发生的一种警示性标记。

这种新方法能够将DNA链穿过名为纳米孔的小孔结构中,而这种纳米孔位于一种电流能够通过的薄层材料上;Jean-Pierre Leburton教授表示,一个或者一系列甲基化并不是什么大问题,但如果存在很多甲基化,而且其又紧密“包裹”在一起,那么就会带来有害的影响;DNA甲基化实际上是癌症的开始阶段,因此研究者想通过研究检测DNA甲基化的水平以及这些甲基化之间的“亲密程度”到底如何,这就能够告诉研究者癌症所处的阶段。其它利用纳米孔来检测DNA甲基化的方法的分辨率都有效,而本文中研究者在仅有一个原子或分子厚的平板材料上打了一个孔,这个孔能够被盐溶液淹没,而且电流能够驱动DNA分子穿过该孔。

【2】研究揭示成瘾戒断记忆再巩固的DNA甲基化调控机制

成瘾戒断引起的负性情绪记忆长期存在,是导致成瘾者复吸的关键因素。再巩固是长时记忆加工的重要阶段,为破坏长时程病理性记忆提供了干预的"窗口"。但成瘾阶段记忆再巩固的核团及其转录调控机制尚不清楚。

中国科学院心理研究所隋南研究组采用吗啡-纳洛酮诱导的条件位置厌恶(CPA)范式,通过核团定位注射DNA甲基化抑制剂5-aza的方法探讨了这一问题。大鼠经过CPA训练后形成了吗啡戒断相关的负性情绪记忆,经短暂环境条件暴露提取该记忆,从而诱发再巩固过程。研究者分别在岛叶与杏仁核这两个负性情绪加工的关键脑区内注射5-aza,结果发现抑制岛叶AI亚区的DNA甲基化,再巩固被破坏,CPA被长期抑制。抑制杏仁核BLA亚区的DNA甲基化,再巩固被削弱,14天后CPA无法保持。岛叶GI亚区和杏仁核CeA亚区中注射5-aza、不经记忆提取在AI和BLA中注射5-aza均不能干预CPA的保持。

【3】Cell Rep:分析DNA甲基化帮助理解淋巴瘤病理发生

DOI:10.1016/j.celrep.2016.09.018

癌细胞与健康细胞在DNA甲基化方面存在不同。这些不同可以用于解释基因的肿瘤特异性表达偏差,还可以用于发现生物标记物帮助检测肿瘤,预测肿瘤病人的预后,为肿瘤病人制定治疗计划。表观遗传学让这一切都成为可能。DNA甲基化和组蛋白修饰等表观遗传修饰参与特定的调控机制,这些都能决定不同类型细胞的基因表达模式,还可以遗传到子代细胞,不存在DNA序列的任何改变。利用这项技术,未来有可能通过与健康细胞进行对比发现肿瘤细胞。

来自奥地利理工学院、剑桥大学和南加州大学的科学家们共同合作,他们分析了间变性大细胞淋巴瘤(ALCL)的DNA甲基化模式,这是一种具有侵袭性的非霍奇金淋巴瘤,这种疾病主要会影响儿童和青少年。

在这篇发表在国际学术期刊Cell Reports上的文章中,研究人员发现ALCL的DNA甲基化模式类似胸腺的早期T细胞发育,由于表观遗传沉默,这些淋巴瘤缺少影响细胞发育和分化的重要的T细胞特异性因子。研究人员这样解释道:"一些干扰癌细胞甲基化的特定药物可以用于未来调整ALCL细胞的甲基化模式,将其调整为健康T细胞的DNA甲基化模式,进而抑制肿瘤生长。"

【4】MIT顶尖学者Jaenisch实验室《Cell》发布基因组DNA甲基化编辑技术

众所周知,近几年来CAS9基因编辑技术的广泛使用使得很多以前很难完成的实验想法得以轻松完成,充分显示了CAS9的强大威力。也许基因组范围的基因编辑大家很熟悉,但是近一年来有关表观基因组的基因编辑方兴未艾,目前世界上很多实验室在开始在这个方向进行努力突破。

我们知道,DNA甲基化是表观遗传学领域中最重要的研究方向之一。但是如何在特定区域实现精准的DNA甲基化编辑,长期以来都是一个难以解决的问题。不过,今年5月3日(比韩主席的NBT晚了一天,^_^),来自中科院上海生化细胞所的胡荣贵研究员课题组在《Cell Discovery》(Cell Research姊妹刊,定位为PNAS,EMBO等水平)发表了一篇题为“A CRISPR-based approach for targeted DNA demethylation”的研究成果,该项研究成果采用CRISPR-CAS9系统,通过向传统sgRNAs中插入双拷贝的噬菌体MS2 RNA元件,构建了修改的单导向RNAs(sgRNAs)(sgRNA2.0),从而有利于Tet1催化结构域(TET CD)与dCas9或MS2外壳蛋白融合,进而结合到特定基因位点行驶DNA去甲基化功能。

【5】Nature Biotechnology最新文章:最新DNA甲基化测序技术比较研究,期望DNA甲基化测试未来成为精准医疗标准之一

doi:10.1038/nbt.3605

在不同疾病中,DNA甲基化具有不同的模式。DNA甲基化的具体模式通常与诸如疾病亚型、疾病预后以及药物反应等临床信息具有一一对应的联系。在多种癌症的治疗过程中,DNA甲基化生物标志物可以帮助临床医生选择恰当的治疗方式。

对于拥有成千上万个样本的大量病人来说,全基因组映射与DNA甲基化分析是非常合适的。同样,DNA甲基化分析对于表观基因组学关联性研究中大量生物医学相关表型的准确分析来说也具有极强的实用性。为了将有关的表观基因组学因子转化为具有临床意义的生物标志物,研究人员需要选择一套可控的高信息度基因组区域。DNA甲基化检测一般包括甲基化特异性PCR、亚硫酸氢盐测序法与高分辨率熔解曲线法。针对特定核酸位点的DNA甲基化分析(DNA甲基化靶向测序)则足够快捷、低廉、稳定且可被广泛应用于临床诊断与疾病研究,能在大型验证性实验中证实其预测价值。

【6】Nature:体重超重影响DNA甲基化

doi:10.1038/nature20784

在假期你增加的额外体重将不仅出现在你的臀部,而且也会影响你的DNA。这是德国亥姆霍兹慕尼黑中心合作的一项大规模国际研究的结果。它表明较高的身体质量指数(BMI)会导致人基因组中将近200个位点发生表观遗传变化,从而影响基因表达。相关研究结果于2016年12月21日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Epigenome-wide association study of body mass index, and the adverse outcomes of adiposity”。

尽管我们的基因在生命历程中不会发生变化,但是我们的生活方式能够直接影响它们的表观基因组。迄今为止,还没有太多的研究是针对体重增加导致表观基因组如何发生变化的。论文第一作者、德国亥姆霍兹慕尼黑中心分子流行病学研究部门研究员Simone Wahl博士说,“这个问题是特别意义重大的,这是因为经估计,全世界有15亿人体重超重,特别是考虑到体重超重能够产生不良后果,导致糖尿病、心血管疾病和代谢系统疾病。”

【7】PLOS Genet:单分子测序技术助力原核生物DNA甲基化研究

doi:10.1371/journal.pgen.1005854

近日,刊登在国际杂志PLoS Genetics上的一项研究论文中,来自美国能源部联合基因组研究院的研究人员对230种古细菌和细菌基因组进行了测序,旨在研究DNA甲基化在原核生物中所扮演的关键角色。

细胞的表观基因组是基因组DNA特殊剪辑发生改变的一个特殊集合,这些表观基因组的改变会影响基因组的实际用途,而表观基因组的产生和变化一般是通过化学修饰而引发的。深入剖析地球微生物表观基因组的多样性或可帮助科学家深入理解微生物在地球营养循环中的作用,同时也可以利用基因组的调节系统来进行能量和环境相关领域的研究。

DNA甲基化是一种常见的表观基因组改变,其通常是真核生物用来调节基因表达的一种过程,比如维持特殊基因持续表达等;然而诸如细菌和古细菌等原核生物实际上也存在甲基化的DNA,但DNA甲基化的过程以及其在单细胞有机体中的功能目前研究人员并不清楚。

【8】Clinical Epigenetics:DNA甲基化检测或可帮助预测乳腺癌复发

doi:10.1186/s13148-015-0135-8

发表在今天《临床实验胚胎学》杂志上的新研究表明有一种简单的血液测试方法可以确定癌症侵犯其他器官如肺、骨头或大脑等疾病复发的风险。这样的测试对改善所有类型的女性乳腺癌会产生深远影响,这种疾病会影响八分之一的女性。

在研究中,翻译基因组学研究院(TGen)的研究人员确定了21 DNA甲基化热点——随着30亿化学碱基的DNA甲基化水平增加,可能有转移性乳腺癌的存在。

“这些发现可能导致一个高度敏感的血液测试面板-一种液体活检可以帮助改善乳腺癌患者的治疗。”Bodour Salhia博士说。

“这种21-gene是一种潜在的生物标志物,可能表明患者乳房或身体的其它部位癌症复发处于高危状态,患者可能受益于附加的治疗来消除疾病复发的可能。”Salhia博士说。“这将是至关重要的信息,因为他们会考虑术后持续治疗或完成每一轮化疗的情况。”

生物标志物是指标分子,如蛋白质或DNA,他们在血液、体液或组织样本中是可测的,可以用来诊断或衡量一个特定疾病或给定治疗的影响。

【9】Nature:为你揭开DNA甲基化及表观遗传学的千古之谜

DOI:10.1038/nature14192     DOI:10.1038/nature14176

近日,刊登在国际著名杂志Nature上的两篇研究论文中,来自瑞士巴塞尔弗雷德里希米歇尔研究所的研究人员通过研究鉴别出了沿着基因组设置表观遗传学标记的决定因子,研究者表示,基因活性和DNA序列对表观遗传标记的调节作用远比我们之前认识的要重要,基因表达可以通过表观遗传标记被外界的因素所影响。

当前对表观遗传比较流行的提法就是我们的经历会对机体基因的活性有一个较长的效应(除了改变DNA序列),而被广为讨论的观点则认为,我们或许有潜力来通过行为改变来控制机体基因的表观遗传标记,当然这种想法的吸引力在于它比较简单,我们的DNA标记是由外界的因素对基因的开启或关闭而产生的;基于这种想法,饥饿、压力、快乐的童年时光、重度吸烟以及健康饮食等诸多因素都会影响基因被调节的方式,然而这种流行的想法很大程度上缺乏令人信服的证据。

【10】Nat Commun:老化细胞中DNA甲基化扮演关键角色

doi:10.1038/ncomms6366

尽管在每个人的一生中其机体的DNA会一直保持不变,但是科学家们却知道机体DNA在不同年龄阶段的行使的功能却并不相同。随着个体年龄增加,机体DNA的甲基化模式会发生剧烈变化,DNA的甲基化模式被认为是机体DNA的第二种遗传密码,可以控制基因的开启或关闭,然而这些改变引发的后果却依然是一个谜。

近日,刊登在国际杂志Nature Communications上的一篇研究论文中,来自美国威克森林浸信医学中心(Wake Forest Baptist Medical Center)的研究人员进行了一项多种族研究,包括对1264名年龄在55岁至94岁间的个体红细胞中的甲基化模式进行研究,结果显示,在横跨基因组的45万个位点检测中,在DNA甲基化中年龄相关的差异占到了8%,大部分的改变被认为不会影响细胞中基因的开启或关闭。(生物谷Bioon.com)

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