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甲基化领域重要研究成果解读!

来源:本站原创 2018-12-18 22:07

本文中,小编整理了近年来科学家们在甲基化研究领域取得的重要研究成果,与大家一起学习!

【1】Science:重大进展!揭示DNA甲基化增强基因转录机制

doi:10.1126/science.aar7854

DNA甲基化(DNA methylation)为DNA化学修饰的一种形式,能够在不改变DNA序列的前提下,改变遗传表现。所谓DNA甲基化是指在DNA甲基化转移酶的作用下,在基因组CpG二核苷酸的胞嘧啶5'碳位共价键结合一个甲基基团。大量研究表明,DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变,从而控制基因表达。

DNA甲基化通常抑制基因转录,但是在某些情况下,它也激活基因转录。无论是哪种情形,DNA甲基化的下游因子仍然在很大程度上是未知的。

【2】Nature and Cell:中美科学家重磅级发现!RNA甲基化修饰或能促进机体学习和记忆过程

doi:10.1038/s41586-018-0666-1   doi: 10.1016/j.cell.2015.04.010

RNA携带着DNA编码的指令片段,其能携带蛋白质的产生从而完成细胞内的工作,但这一过程并不总是简单明了,DNA或RNA的化学修饰会在不改变实际遗传序列的情况下改变基因的表达状况,这种表观遗传学修饰会影响机体许多生物学过程,比如免疫系统反应、神经细胞发育、多种人类癌症甚至肥胖等。

其中很多改变实际上是通过甲基化作用来发生的,甲基化作用即将甲基化基团添加到DNA或RNA分子上,添加甲基基团的蛋白质被称为“书写者”,而移除甲基化基团的蛋白质被称为“橡皮擦”,要使得甲基化能够产生一定的生物学效应,就必须有“解读器”蛋白质来识别这种变化并与之相结合。哺乳动物机体中信使RNA最常见的修饰就是N6-甲基腺苷(m6A)修饰,m6A广泛存在于神经系统中,其能帮助协调多种神经生物学功能,并能通过YTH蛋白家族中的阅读蛋白来发挥作用。

【3】Science:重大发现!参与人细胞中基因调节的DNA甲基化也可是数字化的和随机的

doi:10.1126/science.aar3146

我们体内的每个细胞都有相同的基因组(genome),并且有潜力变成任何类型的细胞。在发育期间,表观基因组(epigenome)介导让细胞成为皮肤细胞或神经元的过程。如果基因组是计算机硬件的话,那么表观基因组就是将某些基因开启而让其他基因关闭来让细胞成为皮肤细胞或者开启或关闭其他基因来让细胞成为神经元的软件

表观基因组在很大程度上被编码为一组细胞类型特异性的被称作DNA甲基化的DNA化学修饰。在一项新的研究中,来自美国国家卫生研究院路线图表观基因组学项目(National Institutes of Health Roadmap Epigenomics Project)的研究人员发现参与基因调节的DNA甲基化在很大程度上是数字化的和随机的,而且每个细胞中的母本和父本基因拷贝在某个时间段内是开启或关闭的。

【4】Science:任性!基因组中的一些CpG故意地发生半甲基化

doi:10.1126/science.aan5480

在一项新的研究中,来自美国埃默里大学的Chenhuan Xu和Victor Corces发现基因组中的一些CpG位点能够故意地而不是偶然地发生半甲基化(hemimethylated)。相关研究结果发表在2018年3月9日的Science期刊上,在这篇论文中,这两名研究人员描述了他们对DNA甲基化和在DNA复制后子链中的半甲基化DNA命运的研究。

DNA甲基化(甲基添加到DNA分子上)是一种修饰,用于调节植物和动物中的基因转录、胚胎发育和细胞分化。在动物(特别是哺乳动物)中,甲基化对称性地发生在CpG二核苷酸上,这导致CpG组分上相应的胞嘧啶碱基发生甲基化。但是,正如这两名研究人员指出的那样,这个过程在DNA复制过程中停止了,在这段时间内,一条未甲基化的子链和一条甲基化的母链一起工作,从而产生半甲基化的CpG二联体。此时的DNA就被称作半甲基化的DNA(hemimethylated DNA)。

之前的研究已表明这种半甲基化的DNA通常倾向于发生完全甲基化,或者在某些情况下通过稀释而发生去甲基化。但是,大约10%的滋养层细胞或胚胎干细胞仍然保持半甲基化。在此之前,这是出于简单的偶然性还是有其他的过程在发挥作用一直是个谜。在这项新的研究中,这两名研究人员发现至少有一些半甲基化的事件是故意发生的。再者,他们发现半甲基化的事件是遗传性的而且是在几次细胞分裂过程中发生的。

【5】Nature:重大突破!首次从结构上揭示酶DNMT3A介导的DNA从头甲基化

doi:10.1038/nature25477

在一项新的研究中,来自美国加州大学河滨分校的研究人员解析出一种在DNA甲基化过程中起着关键作用的酶的晶体结构。相关研究结果于2018年2月7日在线发表在Nature期刊上。

DNA甲基化会改变基因的表达。这种基本的细胞机制严重影响植物、动物和人类的发育。已知它调节基因组的稳定性和细胞分化。在人体中,DNA甲基化差错与包括癌症在内的各种疾病存在关联。

在哺乳动物中,DNA甲基化是在生殖细胞发育和早期的胚胎发育过程中由密切相关的酶DNMT3A和DNMT3B从头建立的。理解从头建立的DNA甲基化的作用机制的一种困难是这些酶的结构是未知的。如今,这些研究人员解析出底物结合的DNMT3A的晶体结构。这一突破揭示出这种酶如何识别它的底物并让这种底物甲基化---这对理解从头建立的DNA甲基化是非常重要的。

【6】JCI:改变组蛋白甲基化或可改善人肾小球疾病

doi:10.1172/JCI95946

在正常的发育过程中,组蛋白修饰能够控制细胞的命运决定,而在发生疾病时组蛋白修饰则会影响细胞的去分化过程。在最近一项发表在国际学术期刊JCI上的最新研究中,来自加拿大的研究人员决定了解一下组蛋白修饰的动态变化将如何影响通常处于静止状态的成体肾小球足细胞。

为了做到这一点,研究人员在足细胞内改变了具有抑制性作用的H3K27me3的平衡并进行了一系列分析。阿霉素肾中毒实验和肾大部切除实验均表明,去除足细胞内具有组蛋白甲基化作用的甲基转移酶EZH2后,H3K27me3水平下降,小鼠容易患上肾小球疾病。

【7】Science:揭示胞嘧啶甲基化调节人转录因子的DNA结合特异性机制

doi:10.1126/science.aaj2239

在一项新的研究中,来自瑞典卡罗琳斯卡研究所的研究人员绘制出人细胞中的不同DNA结合蛋白如何对DNA分子的某些生化修饰作出反应。他们报道一些主调节蛋白能够激活基因组中在正常情形下因表观遗传变化而没有活性的区域。他们的发现有助更好地理解基因调节、胚胎发育和导致癌症等疾病的过程。相关研究结果发表在2017年5月5日的Science期刊上。

DNA分子以由四种碱基组成的核苷酸序列的形式携带着遗传信息。这四种碱基是腺嘌呤(A)、胞嘧啶(C)、鸟嘌呤(G)和胸腺嘧啶(T),能够被认为基因组语言中的字母。较短的核苷酸序列形成确定体内的蛋白在何时和何处产生的DNA片段。

人体中几乎所有的细胞以非常相同的顺序含有相同的DNA序列。然而,不同的基因在不同的细胞类型中具有不同的活性,这允许这些细胞发挥着特定的功能。这种基因调节的关键在于特定的DNA结合蛋白,即结合到DNA序列上激活或抑制基因活性的转录因子。

【8】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。

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。”

【9】JCI:造血干细胞甲基化可预测AML患者的化疗疗效

doi:10.1172/JCI71264

在一项新的研究中,来自美国叶史瓦大学艾伯特爱因斯坦医学院和蒙特斐奥医学中心的研究人员发现造血干细胞中的一种化学标记可预测急性髓性白血病(acute myeloid leukemia, AML)患者是否将对化疗作出反应。相关研究结果近期发表在Journal of Clinical Investigation期刊上。

这项研究是基于来自将近700名AML患者的数据。如果在临床试验中得到验证的话,那么这种标记将有助医师们更好地鉴定出哪些AML患者将受益于化疗,哪些AML患者将会产生非常严重的预后而使得他们可能成为接受诸如骨髓移植之类的更加积极治疗的候选者。

在这项研究中,研究人员着重关注所谓的表观遗传标记,即DNA上让基因开启或关闭的化学变化。他们研究了一种常见的被称作甲基化的表观遗传过程。他们已知道造血干细胞甲基化异常能够阻止它们分化为成熟的血细胞,从而导致AML。

【10】Nat Methods:科学家首次实现在单细胞中对基因表达和DNA甲基化同时研究

doi:10.1038/nmeth.3728

近日,刊登在国际杂志Nature Methods上的一项研究报告中,来自英国和比利时的研究人员在单一细胞中实现了同时对细胞表观基因组和转录组的研究,而这或可帮助科学家们阐明DNA甲基化改变和基因表达之间的关联。单细胞测序技术近年来进展非常迅速,而且其也已经被广泛用于研究不同细胞中基因表达特性的改变;

最新的单细胞测序技术可以帮助科学家们深入剖析DNA的化学性修饰(表观遗传组特性),比如DNA甲基化,其是基因表达改变背后的驱动力;截止到目前为止研究者们才有可能同时对单细胞转录组和表观遗传组进行研究;研究者Oliver Stegle教授说道,这种新型的实验步骤可以让我们同时在单细胞中进行DNA甲基化和RNA的分析,本文研究为我们阐明了在特殊单一细胞中DNA甲基化的异质性和基因表达改变之间的关系。(生物谷Bioon.com)

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