人類表觀基因組學

日期：2011-09-29 08:33:36

近日由來自冷泉港實驗室，霍德華休斯醫學院，南加州大學等處的研究人員組成的一個研究小組在表觀基因組學研究中取得突破性進展，相關研究成果分別在線發表在國際頂級學術期刊《細胞》（Cell）及其子刊《分子細胞》（molecular cell）上。

領導這一研究小組的是冷泉港實驗室的Gregory J. Hannon教授以及南加州大學的Andrew D. Smith教授，前者是小RNA研究領域的先驅，曾主編了冷泉港實驗室技術手冊：《MicroRNA研究方法》等，后者是甲基化研究領域的知名學者。

在哺乳動物早期發育階段，比如精細胞，和胚胎前植入階段，細胞中的DNA會發生幾乎完全的甲基化重洗牌，這對于發育階段具有重要的意義。

在這篇文章中，研究人員比對了人類精子，黑猩猩精子，以及人類胚胎干細胞的胞嘧啶甲基化變化，分析了這些甲基化發生的區域，從中發現雖然在胚胎干細胞和精子中，大部分啟動子都逃避了甲基化，但是對應的低甲基化區域表現出了潛在的結構差異。比對人類和黑猩猩的甲基化情況，研究人員發現了一群差異甲基化啟動子亞群，以及逆轉錄轉座子亞群中的顯著差異甲基化，這說明基因組序列中存在明顯的這種進化影響。

這項研究揭示了決定男性精細胞和體細胞DNA甲基化模式差異的特征，以及這些特征元素在人類和黑猩猩中差別。相關文章被選為封面故事發布在Cell雜志上。

過去的研究表明特定DNA甲基化標記在特定細胞系的發育進程中發揮關鍵性作用，例如指導造血干細胞的命運，是致力于骨髓發育還是致力于淋巴發育。

在這篇文章中，研究人員針對甲基化影響造血干細胞命運的機制展開了深入研究，并由此獲得了一些令人感到驚訝的研究發現，提出了當前的干細胞分化過程中DNA甲基化機制不同的新觀點。

經典的理論普遍認為DNA甲基化是一種穩定的表觀遺傳學標記，且在細胞分化過程中呈單向性變化，即甲基化程度不斷增高。在新研究中，研究人員發現DNA甲基化的形式遠比人們原來認為的更具動態性。他們在對幾種不同譜系血細胞及造血干細胞進行檢測后驚訝地發現這些細胞基因組中的低甲基化區域（Hypomethylated regions ，HMRs）的寬度存在顯著的差異，其邊界如潮汐漲退一般不斷發生變化。研究人員認為細胞正是通過這種方式而實現對譜系特異性相關基因的表達調控的。而基于這一現象研究人員認為在分化的過程中應該并非僅存在單向的DNA甲基化變化，而是應該呈甲基化和去甲基化雙向動態變化。

此外，研究人員還發現大量的低甲基化區域富集在一些特異的調控因子的結合區域附近，表明其有可能在染色質構型及某些基因調控表達中發揮了重要作用。