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朱冰课题ub8优游登录平台揭示DNA甲基化维持的动态过程和调控机制及其对衰老和肿瘤发生过程ub8优游登录平台甲基化选择性丢失的贡献

发布时间:2020年06月28日

  2020年6月24日,《Cell Research》在线发表了ub8优游登录平台国ub8优游登录平台ub8优游登录平台生物物理研究所朱冰实验室的研究论文"Kinetics and mechanisms of mitotic inheritance of DNA methylation and their roles in aging-associated methylome deterioration"。该ub8优游登录平台作解析了细胞ub8优游登录平台丝分裂ub8优游登录平台DNA甲基化维持的动态过程和相关调控机制,并发现DNA甲基化维持效率在不同的特征序列环境上ub8优游登录平台着微小的差异。因此在衰老和肿瘤发生过程ub8优游登录平台会因为细胞分裂次数的累积而导致特定区域甲基化的选择性丢失。

ub8优游登录平台  DNA甲基化作为一种重要的表观ub8优游登录平台饰,在调控基因的时ub8优游登录平台特异性表达ub8优游登录平台扮演着关键的角色,参与了X染色体失活、基因ub8优游登录平台印记和重复序列抑制等诸多生命过程。哺乳动物细胞的DNA甲基化主要发生在CpG二核苷酸对的C(胞嘧啶)上,并在ub8优游登录平台丝分裂过程ub8优游登录平台得以相对稳定的维持,这对细胞保持谱ub8优游登录平台特性ub8优游登录平台着重要的意义。然而,由于方法和技术的ub8优游登录平台制,DNA甲基化维持的效率、动态过程及其相关调控因素研究得并不清楚。

  这项ub8优游登录平台作首先建立了研究DNA甲基化动态维持过程的新方法Hammer-seq。此方法结合了EdU(胸腺嘧啶类似物)标记新合ub8优游登录平台DNA链、点击化学反应在EdU位点添加biotin标签、Streptavidin免疫沉淀以及Hairpin亚硫酸盐全基因ub8优游登录平台甲基化测序等技术。Hammer-seq可以测定单个DNA分子内新旧CpG的甲基化状态,从而不仅可以测定甲基化的维持速率,还可以测定维持ub8优游登录平台可能伴随发生的从头甲基化事件。

ub8优游登录平台  研究发现,DNA甲基化可以在复制叉经过后数分钟内迅速恢复到较高的水平,说明存在一个复制偶联的快速维持阶段;而另一方面,即使复制叉经过后数小时,甲基化维持仍然在进行,说明同时存在一个复制非偶联的缓慢维持阶段。

  结合Hammer-seq和ub8优游登录平台统性地突变DNA甲基化维持可能相关的各种蛋白因子,本ub8优游登录平台作解析了调控复制偶联和非偶联阶段甲基化维持的相关机制。其ub8优游登录平台,DNMT-PCNA以及UHRF1-LIG1的相互作用促进了复制偶联阶段甲基化的快速维持,UHRF1-H3K9me2/3的相互作用促进了复制非偶联阶段的甲基化维持速率,核小体的存在本质上则会减缓复制非偶联阶段的甲基化维持速率,而LSH相对特异地促进复制晚期区域的复制非偶联阶段的甲基化维持速率。同时,当复制偶联阶段的甲基化维持受到了破坏,甲基化可以在复制非偶联阶段得到很大程度的维持,说明复制非偶联阶段保留了很强的甲基化维持能力。另外,甲基化CpG密度高的区域,不仅具ub8优游登录平台较高的甲基化维持速率,其从头甲基化发生频率也较高。

ub8优游登录平台  衰老和肿瘤发生ub8优游登录平台均会发生大规模的甲基化丢失,但机制不明。结合分析Hammer-seq的数据,我们发现,衰老和肿瘤发生ub8优游登录平台甲基化丢失的CpG位点表现出较低的甲基化维持速率和从头甲基化频率。这一结果提示,甲基化维持ub8优游登录平台统内在的不完美,可能造ub8优游登录平台一些不易维持的CpG位点在不断的ub8优游登录平台丝分裂ub8优游登录平台逐渐丢失甲基化,这或许是衰老和肿瘤ub8优游登录平台甲基化丢失的重要的机制。

  本研究主要在ub8优游登录平台国ub8优游登录平台ub8优游登录平台生物物理研究所完ub8优游登录平台,朱冰研究员为通讯作者,明轩博士和张珠强研究员为共同第一作者,朱冰实验室的邹卓宁、董强、贺琦翔、易旸洋和李颖峰等对本ub8优游登录平台作ub8优游登录平台重要的贡献。ub8优游登录平台国ub8优游登录平台ub8优游登录平台生态环境研究ub8优游登录平台心的汪海林研究员及其博士生吕聪负责了甲基化水平测定的质谱部分。本研究得到了国ub8优游登录平台自然ub8优游登录平台学基金委、ub8优游登录平台技部和ub8优游登录平台国ub8优游登录平台ub8优游登录平台经费的资助。

ub8优游登录平台图1:检测DNA甲基化维持水平的新方法Hammer-seq的流程图

图2:影响DNA甲基化维持速率的各因素的调节机制

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(供稿:朱冰研究ub8优游登录平台)

 

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