表观遗传学-DNA甲基化.ppt

表观遗传学 第二章 DNA甲基化 A Symphonic Example A Symphonic Example Epigenetic differences：monozygotic twins 内容纲要 一、DNA的甲基化 二、真核生物的DNA甲基转移酶 三、DNA去甲基化 四、DNA甲基转移酶抑制剂 一、DNA甲基化 (1) 1. DNA甲基化：在DNA甲基转移酶 (DNA methyltransferase, DNMTs) 的作用下，将一个甲基添加的胞嘧啶的5’-碳分子上，形成5-甲基化胞嘧啶 (5-methylcytosine) 2.胞嘧啶甲基化后产生5-甲基化胞嘧啶能够自发的脱氨基形成胸腺嘧啶 (Thymine)：5mC - T 3. 哺乳动物中，~1%的DNA碱基能够发生甲基化修饰 4. DNA甲基化的分布： (1)转座子 (2) 逆转录病毒衍生的重复序列 (3) 大多数功能基因的编码区 一、DNA甲基化 (2) 1. DNA甲基化的模式： (1) 线虫：无甲基化的胞嘧啶 (2) 果蝇：极少量的甲基化胞嘧啶，识别模式CpT (主要) vs. CpG (极少) (3) 哺乳动物：CpG (~70%)或者CpNpG 2. CpG – Cytosine phosphate Guanine 3. 镶嵌的甲基化 (mosaic methylation): 基因组中，高度甲基化的部分DNA序列被大的非甲基化DNA序列所分隔开 4. 难以被DNA修复系统所识别： CG→TG是可遗传的 CpG岛的甲基化 (1) 1. CpG岛：富含CpG区域，长度500~1000bp，GC含量超过55% 2. 非随机出现：~60%的编码基因的5’UTR区域（转录起始区域）含有CpG岛。 3. CpG的含量： (1) CG出现的期望值（百分比）：1/16 = 6.25% (2) 观察值：很少（~1%） (3) 原因：CG具有很高的突变率 4. C-T转换率是其他碱基对转换率的10-40倍以上 5. 例如：人类肿瘤细胞中的p53基因，50%的点突变都发生在CpG上。 CpG岛的甲基化 (2) 1. CpG在重复片段以及基因的3’UTR区域能够发生甲基化 2. CpG岛通常不被甲基化 3. 哺乳动物中： 26,000-45,000 CpG岛。常分布在持家基因和一些组织表达特异性基因的启动子区域 4. CpG岛：可以被HpaII酶(C|CGG)切成小片段，因此也叫HTF岛 DNA序列中的四种碱基/核苷 DNA甲基化 SAH, S-adenosylhomocysteine; SAM, S-adenosylmethionine DNA甲基化 C – 5mC – T? DEAMINATION Deamination: 去氨基化反应 DNA甲基化的检测 1. 传统实验方法 Methylation-sensitive restriction enzymes Methylation-specific enzyme McrBC 2. 现代方法 MeDIP: methylated DNA immunoprecipitation assay MBD：methylation binding domain 3. DNA甲基化位点的确定：Bisulfite genomic sequencing DNA甲基化的检测 Bisulfite Modification DNA甲基化位点鉴定的方法 DNA甲基化的功能 精确的功能有待进一步研究，一般学术界公认的两类功能是: 宿主防御模型 (The Host Defence Model) 基因调控模型 (The Gene Regulation Model) 宿主防御模型 1. 转座子的甲基化 2. 人类基因组~45%的区域是转座子 3. 高度甲基化，细胞中90%的甲基化CpG位于转座子中 4. 转座子的活性：对机体非常有害 5. 宿主防御模型：抑制转座子的活性 转座子导致的PEV 基因调控模型 1. DNA甲基化的主要功能：转录沉默 (silencing transcription) (1) 基因的启动子区域通常不被甲基化修饰 (2) 建立特定的基因表达模式：组织特异性、生殖特异性… (3) 基因印记、X染色体失活 2. DNA甲基化抑制基因转录的机制： (1) 干扰转录因子对DNA元件的识别和结合 (2) 将转录因子的DNA识别序列转变为阻抑物的识别序列 (3) DNA甲基化有利于招募染色质重塑或修饰因子 3. DNA甲基化：是转录沉默的结果和维持，而不是原因 直接干扰机制 (1) 直接干扰机制 (2) 间接机制 The methyl-CpG-binding proteins MeCP1 and MeCP2能够与甲基化的DNA