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(yī)院等機構(gòu)的研究人員開發(fā)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(fā)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(chǎn)生的。5hmC和TET蛋白都被認為與干細胞和癌癥相關(guān)，但是關(guān)于5hmC在基因組范圍內(nèi)的分布，目前仍了解得不多。

于是，研究人員開發(fā)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(xué)反應(yīng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)化成醛基，之后用醛基反應(yīng)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(zhuǎn)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(fā)現(xiàn)，片段主要集中在外顯子和轉(zhuǎn)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(jié)果表明，5hmC可能在轉(zhuǎn)錄調(diào)控中發(fā)揮作用，以及5hmC和5mC有著不同的轉(zhuǎn)錄作用。5hmC只與“準備就緒”的染色體配置以及在分化中上調(diào)的基因相關(guān)，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(xué)領(lǐng)域的研究熱點之一，近期多位華人科學(xué)家在這一研究中取得突破性研究成果。復(fù)旦大學(xué)生物醫(yī)學(xué)研究院表觀遺傳學(xué)實驗室與哈佛醫(yī)學(xué)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(xué)功能。來自美國北卡羅來納大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)與生物物理學(xué)系張毅教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組證實Tet1蛋白不僅能調(diào)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(guān)的因子的轉(zhuǎn)錄，以及參與Polycomb靶向的發(fā)育調(diào)控因子的抑制。