4-DNA甲基化1.doc

精子发生过程中DNA甲基化 摘要：精子发生(spermatogenesis)是一独立复杂的细胞分化过程，受多种因素调控。其中表观修饰在精子发生过程中起很大作用，对健康而有活力精子的形成，以及后代很多表观遗传疾病的发生有很大的影响。本文着重介绍精子发生过程中DNA甲基化表观遗传因子的转变情况，阐述其在精子发生过程中的调控机制，为不育疾病的诊断与治疗、精子表观遗传质量评价以及辅助生殖技术后代表观遗传疾病风险预测等提供基础资料。 关键词：精子发生 DNA甲基化 男性不育 精子发生中生精细胞经历了有丝分裂、减数分裂和精子形成(spermiogenesis)三个阶段，其中表观遗传修饰（DNA甲基化、组蛋白修饰、RNA沉默等）在精子发生过程中起重要作用，并受严格的时、空物质调节。先前对组蛋白甲基化和乙酰化已经做了详细介绍[1]，现在针对精子发生过程中 DNA甲基化进行综述，为进一步研究精子发生的表观调控机制、防治不育患者疾病的发生提供参考资料。 1、DNA甲基化的原理 DNA甲基化是最早发现的修饰途径之一，是指在DNA 甲基化转移酶的作用下, 将S-腺苷甲硫氨酸提供的甲基基团共价结合到CpG 二核苷酸的胞嘧啶5′碳位上的过程。精子发生过程中，DNA 甲基化反应分为2 种类型，一种是双链DNA 的其中1条链已存在甲基化, 另1 条未甲基化的链被甲基化，这种类型称为维持甲基化( maintenance methylation)；另一种是2 条链均未甲基化的DNA 被甲基化, 称为从头甲基化( de novo methylation)。 在雄性生殖细胞发育过程中，DNA甲基化模式经历了从去甲基化到重新甲基化的过程[2]，重新甲基化直到出生后粗线期精母细胞期完成[3]。 2、精子发生过程中的DNA甲基化 生殖细胞在增殖和迁移到生殖嵴的过程中要经历广泛的表观遗传程序重排[4,5]，DNA甲基化在配子生成过程中要依性别和序列特异性方式的擦除和重建[6,7]。甲基化重建的时间在不同性别是有区别的，并且一定类别的基因其重建具有连续性[6,7]。在雄性，基因组从头甲基化在出生前（前精原细胞）就从印迹位点和一般重复序列开始，这种甲基化模式在减数分裂粗线期末完成[2,8]。然而，也有例外的报道，即在精子发生早期表达的几个基因启动子(Pgk-2, ApoA1 和 Oct-3/4)，其通过在减数分裂后的精母细胞中逐步甲基化而在逐渐成熟的精细胞保持沉默[9,10]。 最近的全基因组甲基化研究表明，精子的表观基因组与体细胞存在显著差异，但其非常类似于胚胎干细胞和胚胎生殖细胞[2,8,11-13]。Examining sperm DNA methylation of chromosomes 6,20 and 22 using restriction landmark genomic studies showed that many loci were differentially methylated between sperm and somatic cells.通过限定界标染色体组的研究检测同精子原染色体6、20、22 DNA甲基化显示精子和体细胞的甲基化位置存在着很多不同。（对照原文，意思不明确）对人类基因组全部启动子进行甲基化分析，表明在精子和体细胞组织发生不同甲基化的启动子是带有弱（weak） CpG 岛的启动子。最近通过基因本体分析发现成熟精子中低甲基化的启动子是发育转录和信号因子的启动子，有趣的是，成熟精子中的DNA低甲基化启动子与人类胚胎干细胞自我更新网状转录因子绑定的发育启动子相互重叠(如OCT4, SOX2, NANOG, KLF4 和FOXD3 蛋白) [14]。在胚胎干细胞中这些多潜能性蛋白会促进自我更新并且通过抑制Polycomb型复合体来帮助抑制大量的发育调节因子从而阻止分化[15-23]。这种重叠提示多潜能蛋白或者Polycomb复合体可能参与了精子DNA甲基化的建立和维持，而成熟精子中并没有检测到多潜能性蛋白和Polycomb复合体。实际上，许多多潜能性启动子包括几个自我更新的网状因子自身需要在整个精子发生过程中甲基化，但其发育中的靶向基因保持低甲基化，这与最近研究小鼠的结果一致[13,24-26]。这些发现表明编码早期发育转录因子和信号蛋白的基因呈低甲基化状态并与组蛋白相结合。另外，发育启动子在发育过程中甲基化具有选择性，这会有助于细胞进行分化的决定。组蛋白保留和DNA甲基化可产生一种平衡态，保证早期胚胎转录子处于感受态和发育调节因子激活。 这些研究表明精子DNA甲基化在精原细胞分化和早期胚胎发育中起着至关重要的作用，然而这好像与我们的直觉相左，因为DNA甲基化模式在受精后擦除又马上重建，当原生殖细胞(primordial ge