DNA甲基化研究现状.doc

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1、DNA甲基化分布图谱2003年人类表观基因组

2、办会(HumanEpigenomeConsortium,HEC)宣布开始投资和实施人类表观基因组计划(HEP),主要任务是绘制岀人类基因组屮甲基化可变位点图谱，即不同组织与疾病状态下，5-甲基胞喀唳出现及其分布频率的图谱，以指导和系统地研究DNA甲基化在人类表观遗传、胚胎发育、基因印记、等位基因失活及肿瘤发生小的重要作用。DNA甲基化的研究，逐渐成为新的研究热点。表观遗传学研究的是非DNA序列变化引起的,在细胞分裂中nJ遗传的基因修饰作川，该种修饰彫响DNA和其他分子的相互作用，并通过细胞分裂和增殖遗传。其分子机制包括DNA

3、甲基化、组蛋口修饰、染色质重塑和RNA干扰等，它们在基因转录调控过程中扮演重要角色。DNA甲基化修饰作为基因组表观遗传修饰调控的主要方式，它在许多方面均起着重要的调控作用，已知地如：胚胎发冇、转录、染色体结构、X性染色体失活、基因组印迹和染色体稳定性等［1-4］o近年越來越多的研究显示人类疾病尤其是肿瘤的发生、发展与DNA甲基化的界常有关，而且早在肿瘤临床确诊Z前即可检测出特升基因的甲基化杲常现彖［5-8］。目前，对于「卩基化的研究主要集中在甲基化在转录调控中的作用机制、甲某化筛选及检测手段、甲基化与疾病尤其是肿瘤的关系、甲基化检测对肿瘤的诊断和预后评估以及应用甲基化抑

4、制剂治疗肿瘤等方面。1.1.1DNA甲基化的一般概述与分布图谱DNA甲基化是一种最常见的表观遗传(epigenetic)修饰方式，在不同的酶催化作用下，可以修饰腺嚓吟的N-6位碱基(dam甲基化酶)，胞喘喘的N-4位碱基，鸟“票吟的N-7位碱基或是胞喘唳的C-5位碱基。而在真核牛物屮DNA甲基化仅发生在胞喘噪的C-5位碱基,即在DNA甲基转移酶催化下，利用S，腺廿甲硫氨酸提供的甲基，将胞喀咙的第5位碳原子甲基化，从而使胞唏噪转化为5,卬基胞唏喘［9］。在哺乳动物中,DNA卬基化主要发生在二核苗酸胞喘噪(CpG)第5位碳原子上,即亍胞喘喘⑸mC)。1.1.1.1DNA甲基

5、化在基因组中的静态分布：正常人类基因组中的CpG二核卄酸以两种形式存在：一种分散于基因组DNA'

6、•:约占70-80%,通常'处于甲基化状态。这种DNA甲基化在维持正常细胞功能、遗传印记、胚胎发育过程中起着极其垂要的作用。研究表明胚胎的正常发育得益于基因组DNA适当的卬基化，缺少任何一种甲基转移酶对小鼠胚胎的发育都是致死性的［10］。另一种存在于CpG结构高度聚集的CpG岛：一般将CpG序列的密度比平均密度高10~20倍，G+C含量大于50%,长度大约300-3000bp的区域命名为CpG岛(CpGisland)oCpG.%常位于管家基因上游启动子区，也可延伸到外显子区

7、。启动子区的CpG岛通常处于非甲基化状态，基因能正常表达。图1-1显示了高甲棊化的频率、棊因印记、转录抑制的卬基化状态，从头甲基化的可能性与启动了区CpG含量(分为不同等级：HCP、ICP、LCP)相关性。Promoterddbb图1-1人类基因组启动子区的CpG含量与DNA甲基化调控每个条状图的宽度代表在转录抑制中发生的频率或强度。CpG含量分为LCP(Low).TCP、HCP(High);weakCpGislands仃CPs):易于被甲基化调控；因为体细胞频繁发生甲基化，这种甲基化会抑制基因活性。DNA甲基化在基因组屮呈不均匀分布，脊椎动物基因的甲基化状态有三种：持

8、续的低甲基化状态(如管家基因)；去卬基化状态(如发育阶段中的一些基因)；高度叩慕化状态(如女性的一条失活的X染色体)。正常基因纽屮绝人多数位点的甲基化状态是恒定的,但少数位点的甲基化状态可以发牛改变，如某些组织特界基因的启动子甲基化状态具有组织特界性，即仅在表达的组织中呈非甲基化状态。异常的甲基化可分为高川基化和低甲棊化,前者指正常组织中不发生甲基化的位点被甲基化，后者是指在正常组织屮发生甲基化的位点去甲基化。异常的DNA甲基化会导致许多疾病的发牛，将在下文详述。1.1.1.2DNA甲基化在正常衰老中的动态变化：DNA甲基化在胚胎发冇过程屮就C经建立，随着细胞分裂次数的

9、增加，基因纽DNA甲基化(5mC含虽)整体呈下降趋势［11］，这一特性在哺乳动物中普遍存在［12］;而下降速度与可传代次数密切相关；即所谓的细胞寿限•去甲基化速度相关学说：永生系细胞寿命〉人成纤维细胞寿命〉鼠成纤维细胞寿命，而5mC含量与之成反比，依次为：和対稳定，下降速度慢，下降速度快.使用甲基化他抑制剂处理人成纤维细胞或某些肿瘤细胞对使其增殖能力下降，寿命缩短，也佐证了这一学说的合理性。衰老细胞屮DNA甲基化水平下降可归因于细胞的损伤积累、修复能力的下降、DNA甲基转移酶(DXMT)的活性下降等。因为分裂次数与甲基化含量呈负和关的特性