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5-羥甲基胞嘧啶在基因組中的分布

日期:2011-05-17 09:16:14

波士頓兒童醫院等機構的研究人員開發出兩種方法,來分析5-羥甲基胞嘧啶(5hmC)的基因組定位。該研究成果近日發表在《Nature》在線版上。

5-羥甲基胞嘧啶是一種修飾的堿基,以低水平存在于哺乳動物的多種細胞類型中。5hmC是TET家族的酶通過氧化5-甲基胞嘧啶(5-mC)產生的。5hmC和TET蛋白都被認為與干細胞和癌癥相關,但是關于5hmC在基因組范圍內的分布,目前仍了解得不多。

于是,研究人員開發出兩種新穎而特異的方法,來分析5hmC的基因組定位。第一種方法稱為GLIB。GLIB是糖基化、高碘酸氧化和生物素化的縮寫。它主要利用一些酶和化學反應的組合來分離出包含單個5hmC的DNA片段。首先利用T4噬菌體β-葡萄糖基轉移酶(BGT)在每個5hmC上添加一個葡萄糖分子,然后用高碘酸鈉氧化葡萄糖,它將鄰近的羥基轉化成醛基,之后用醛基反應性探針進一步修飾,在每個5hmC上添加兩個生物素分子。

第二種方法是通過亞硫酸氫鈉處理基因組DNA,將5hmC轉換成5-亞甲基磺酸胞嘧啶(CMS),然后利用CMS特異的抗血清將包含CMS的DNA免疫沉淀。

之后,研究人員對小鼠胚胎干細胞中包含5hmC的片段進行高通量測序。對于GLIB處理的DNA,他們使用了Helicos單分子DNA測序,這種方法不需要擴增步驟,從而避免了PCR偏向。對于CMS富集的基因組DNA,他們使用了Illumina測序儀,其較長的讀長適合亞硫酸氫鹽處理的DNA與基因組的高效比對。

研究人員發現,片段主要集中在外顯子和轉錄起始位點附近。5hmC尤其集中在啟動子含有組蛋白H3賴氨酸27三甲基化(H3K27me3)和組蛋白H3賴氨酸4三甲基化(H3K4me3)這兩個標記的基因起始位點。

此研究結果表明,5hmC可能在轉錄調控中發揮作用,以及5hmC和5mC有著不同的轉錄作用。5hmC只與“準備就緒”的染色體配置以及在分化中上調的基因相關,因此可能參與了啟動快速激活的位點。

Tet家族基因及5hmC的功能研究也是當前表觀遺傳學領域的研究熱點之一,近期多位華人科學家在這一研究中取得突破性研究成果。復旦大學生物醫學研究院表觀遺傳學實驗室與哈佛醫學院的研究人員密切合作,研究了Tet1在小鼠胚胎干細胞中的生物學功能。來自美國北卡羅來納大學醫學院生物化學與生物物理學系張毅教授領導的研究小組證實Tet1蛋白不僅能調控CpG富集啟動子處的DNA甲基化水平,而且能促進干細胞中與多能性相關的因子的轉錄,以及參與Polycomb靶向的發育調控因子的抑制。


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