5-羥甲基胞嘧啶的基因組定位分析新方法

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(dòng)物的多種細(xì)胞類型中。5hmC是TET家族的酶通過(guò)氧化5-甲基胞嘧啶產(chǎn)生的。5hmC和TET蛋白都被認(rèn)為與干細(xì)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。

日前研究人員開(kāi)發(fā)出兩種新穎而特異的方法，來(lái)分析5hmC的基因組定位。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(xiě)。它主要利用一些酶和化學(xué)反應(yīng)的組合來(lái)分離出包含單個(gè)5hmC的DNA片段。先利用T4噬菌體β-葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶在每個(gè)5hmC上添加一個(gè)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(jìn)一步修飾，在每個(gè)5hmC上添加兩個(gè)生物素分子。第二種方法是通過(guò)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，然后利用CMS特異的抗血清將包含CMS的DNA免疫沉淀。

研究人員對(duì)小鼠胚胎干細(xì)胞中包含5hmC的片段進(jìn)行高通量測(cè)序。對(duì)于GLIB處理的DNA，他們使用了Helicos單分子DNA測(cè)序，這種方法不需要擴(kuò)增步驟，從而避免了PCR偏向。對(duì)于CMS富集的基因組DNA，他們使用了Illumina測(cè)序儀，其較長(zhǎng)的讀長(zhǎng)適合亞硫酸氫鹽處理的DNA與基因組的比對(duì)。

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(diǎn)附近。5hmC尤其集中在啟動(dòng)子含有組蛋白H3賴氨酸27*基化和組蛋白H3賴氨酸4*基化這兩個(gè)標(biāo)記的基因起始位點(diǎn)。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(zhǔn)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(dòng)快速激活的位點(diǎn)。

Tet家族基因及5hmC的功能研究也是當(dāng)前表觀遺傳學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)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。研究小組證實(shí)Tet1蛋白不僅能調(diào)控CpG富集啟動(dòng)子處的DNA甲基化水平，而且能促進(jìn)干細(xì)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。