DNA甲基化说课.ppt

DNA甲基化 哺乳动物细胞中已知有活性的 DNMT 有 3 种 ，它们是 DNMT1 、DNMT3a 、DNMT3b 。 DNMT1 的主要功能是作为 DNA 复制复合物(DNA synthesome) 中的组分 ，催化子链 DNA 半甲基化位点甲基化 ，维持复制过程中甲基化位点的遗传稳定性； DNMT3a 和 DNMT3b 主要催化从头甲基化 ，以非甲基化的 DNA 为模板 ，催化新的甲基化位点形成 ，在胚胎发育中起重要作用。 印记基因 哺乳动物配子形成晚期，绝大多数顺序按程序去甲基化。这一阶段遗传印记基因以性别专一性方式确定甲基化模式。 从受精卵到胚泡阶段，基因组范围的甲基化均被抹去，但某些印记基因保持甲基化。 当胚胎发育进入原肠胚期，细胞开始分化，重新设定基因组范围的甲基化模式，以决定细胞的命运。 精子和卵子的原核在受精后仍有一段时间的分离状态，可以在显微操作下进行原核去除或移植。 全套染色体均来自雄亲的小鼠或均来自雌亲的小鼠均在发育过程中夭折。 Memory at the cellular level 甲基化与发育 性成熟个体 配子母细胞 成熟配子 早期胚胎 成体模式的胚胎 体细胞 生殖细胞 原始生殖细胞 甲基化清洗 印记 保持印记 部分保持印记 保持印记 保持印记 甲基化清洗重塑 X染色体失活，基因的时空特异性表达 甲基化异常 导致的疾病， 衰老 DNA 甲基化同众多疾病的发生与发展密切相关，比如Ⅱ型糖尿病、自身免疫疾病以及各种癌症。 特别是癌症，其发生过程中癌细胞基因组整体的欠甲基化和局部区域的超甲基化是其典型特征。 超甲基化体现在抑癌基因的启动子区被异常甲基化，整体的欠甲基化同重复序列(如转座子)以及癌基因的启动子区的甲基化程度减小、基因组遗传不稳定性的增加密切相关。 甲基化异常与疾病 Alu 序列是重新甲基化过程中的甲基化中心，在甲基化转移酶的作用下，DNA 甲基化从 Alu 序列出发往外延伸，当CpG 岛周围富集的转录因子结合位点同具有锌指结构的转录因子结合以后则可以阻止甲基化向CpG 岛的蔓延，因此在这种阻止与蔓延的作用达到动态平衡以后，就形成了比较稳定的甲基化模式。 当细胞所在的环境发生变化时，这种平衡可能会被打破，阻止功能的增强或者侵入能力的提高则可能使 DNA 甲基化往 CpG 岛外或者往内移动，从而建立新的平衡。 比如，如果某些顺式元件发生突变，则本可以结合并阻碍 DNA 甲基化蔓延的特定转录因子可能因为结合能力的减弱使其阻碍功能变弱甚至消失，这种情况下，其附近的 CpG 岛可能会被甲基化。 因此，发生癌变的组织中抑癌基因的异常甲基化以及与老化过程相关的甲基化可能是由于这种保护机制的减弱造成的 Bibikova 等 对结肠癌、乳腺癌、肺癌和前列腺癌细胞系以及正常细胞中 371 个基因中的 1 536 个位点的甲基化状态进行聚类分析，发现各种癌症都存在其特异的 DNA 甲基化生物标记． 甲基化的分析检测 DNA 甲基化的检测大体分为两个步骤： a．待检测样品的前期处理； b．目标序列的定位和甲基化状态的量化。 待检测样品的前期处理方法主要包括三大类： a．亚硫酸氢钠法——亚硫酸氢钠把非甲基化的胞嘧啶转化为尿嘧啶，而保持甲基化的胞嘧啶不变，以此实现两类的分离； b．限制性内切酶法——限制性内切酶可以切割非甲基化的位点，而甲基化以后的识别位点将被保留； c．利用特定抗体对甲基化的胞嘧啶进行免疫沉淀反应． 前期处理实现了甲基化和非甲基化的胞嘧啶分离以后，可以对分离出的甲基化 DNA 片段进行基因芯片杂交或者大规模深度测序，实现高通量的检测。 胞嘧啶的 嘧啶环上 第5位碳原子加上一个甲基 DNA 甲基化的可遗传特性是通过agouti viable yellow(Avy )小鼠模型研究发现的。 Avy 小鼠毛色控制基因agouti 的第一外显子前插入了一段逆转座子(IAP)序列。agouti 基因的表达间接地受到IAP 的启动子调控，因而IAP 启动子的甲基化状态可以通过小鼠的毛色鉴定出来。 通过给孕期的母鼠补充富含甲基的食物可以改变后代中三种毛色小鼠的比例，IAP 启动子被甲基化的小鼠，即棕色小鼠的比例增加了。 IPA LTR LTR Phenotype diversity contributed by dynamics of epigenotype WT IPA LTR LTR Agouti 别小看一个小小的修饰，却给DNA增加了额外的信息，使得有限的基因组遗传信息的表现呈现出丰富的多样性和可塑性。 简单地把DNA甲基化理解为“一把锁”，凡是被DNA甲基化标记的部分，大都是需要被“尘封”“监禁”的基因，比如基因组的“捣蛋鬼”—转座子，就是被甲基化这把“锁”管制着，失