《解读DNA甲基化》PPT课件.ppt

解读DNA甲基化,中国测序论坛,什么是DNA甲基化？,DNA甲基化（DNA methylation）是指在甲基转移酶的催化下，DNA的CG两个核苷酸的胞嘧啶被选择性地添加甲基，形成5甲基胞嘧啶，这常见于基因的5-CG-3序列。,中国测序论坛,中国测序论坛,DNA甲基化位置,基因组DNA都有少量的甲基化胞嘧啶，主要集中在基因5端的非编码区，并成簇存在。甲基化位点可随DNA的复制而遗传，因为DNA复制后，甲基化酶可将新合成的未甲基化的位点进行甲基化。 基因组中60% 90% 的CpG 都被甲基化，未甲基化的CpG 成簇地组成CpG 岛， CpG岛位于结构基因启动子的核心序列和转录起始点 ，即启动子和第一外显子区域 。,中国测序论坛,影响DNA甲基化的因素,1、DNA甲基转移酶（DNMT）,2、组蛋白甲基化,3、RNA干扰,中国测序论坛,1、DNA甲基转移酶（DNMT）,DNA甲基化是由DNMT催化完成的，哺乳动物细胞中已知有活性的DNMT有3种，他们是DNMT1、DNMT3a和DNMT3b。 甲基化形式的遗传是通过维持型甲基化酶DNMT1；甲基化形式的改变则是通过重新甲基化酶DNMT3a和DNMT3b，两类酶确保了在生命过程中既相对稳定又可适时调节的表观遗传学遗传，在胚胎发育中起重要作用。 DNMT活力的大小可反映DNA甲基化水平的高低。有学者对人结直肠癌细胞系研究表明，单独阻断DNMT3b基因对整个基因组甲基化状态影响较小，但同时阻断DNMT1和DNMT3b两个基因会使整个基因组的甲基化水平下降95%以上，从而导致沉默的抑癌基因重新表达、重新序列的去甲基化、类胰岛素生长因子基因的印记丢失。 DNMT1和DNMT3b共同维持DNA甲基化和基因沉默。,中国测序论坛,2、组蛋白甲基化,组蛋白甲基化对指导DNA的甲基化有一定意义。 组成核小体的组蛋白由一个球形结构区域和一个具有延展性并带电荷的突出于核小体的氨基尾巴组成。组蛋白在翻译完成后，其氨基尾巴会发生多种共价修饰，这些修饰方式共同构成了“组蛋白密码”，调控基因的表达。甲基化就是其中的修饰方式之一。H3K9的甲基化与基因的沉默有关，而H3K4的甲基化却可以使基因活化。 H3K9 的甲基化与DNA 的甲基化在基因的沉默机制中具有协同作用 H3K4 的甲基化拮抗DNA 甲基化所产生的基因沉默,中国测序论坛,3、RNA干扰,一般认为RNA 干扰( RNAi) 是正常生物体内抑制特定基因表达的一种现象 翻译、转录后水平 当细胞中导入与内源性mRNA编码区同源的双链RNA（包括siRNA和miRNA）时，该mRNA发生降解而导致基因表达沉默。 siRNA 可以通过DNA 甲基转移酶Dnmt1和Dnmt3b介导DNA 甲基化,中国测序论坛,DNA甲基化的生物学功能,DNA甲基化与遗传物质的稳定性 DNA甲基化与基因表达调控 DNA甲基化与表观遗传学 DNA甲基化与胚胎发育 DNA甲基化与肿瘤,中国测序论坛,1、DNA甲基化与遗传物质的稳定性,研究证明细菌DNA复制起始与DNA甲基化以及DNA与细菌质膜的相互作用有关。DNA便甲基化作为一种标签决定了复制起始点与细胞膜的结合，控制了复制起始，使得DNA复制与细胞分裂保持一致。 DNA错配修复（mismatch repair）作为细胞增殖过程中纠正DNA复制错误的重要手段，对保证DNA复制的忠实性与基因组的稳定性起重要作用。复制后双链DNA在短期内（数分钟）保持半甲基化状态，错配修复系统从而能够区分“旧链”与“新链”，为校正新链中掺入的错误碱基提供了理想的分子标记。,中国测序论坛,2、DNA甲基化与基因表达调控,c)DNA甲基化与转作子失活 转座子存在有活性与失活的循环变化，这与DNA的甲基化相关。,DNA甲基化作为一种可遗传的修饰方式，为非编码子（内含子、重复元件以及潜在的具有活性的转座子）的长期沉默提供了一种有效的抑制机制。 基因启动区域内CpG位点的甲基化通过三种方式影响基因转录活性： DNA序列甲基化直接阻碍转录因子的结合 甲基CpG结合蛋白结合到甲基化CpG位点与其他转录抑制因子相 互作用 染色质结构的凝集阻碍转录因子与其调控序列的结合,中国测序论坛,3、DNA甲基化与表观遗传学,基因组印迹的分子机理与甲基化密切相关。DNA甲基化模式的维持对基因印迹在亲子代之间的遗传是必须的。 生长发育过程中，雌性哺乳类动物细胞中的两条X染色体其中一条失去活性的现象。 X染色体上存在一个与X染色体失活有密切联系的核心部位。核心区命名位X染色体失活中心。失活的染色体上DNA序列都呈高度甲基化，导致绝大多数基因转录处于关闭状态。,中国测序论坛,4、DNA甲基化与胚胎发育,在胚胎发育的不同时期，基因组范围内的DNA甲基化水平会发生剧烈的改变，改变最剧烈的阶段为配子形成期与早期胚胎发育阶段。 DNA甲基化对胚胎正常发育和等位基因的选择表达至关重要。错误甲基化模式的建立将引起人类的疾病，如脆性X染色体综合症。,中国测序论坛,5、DNA甲基化与肿瘤,肿瘤细胞的特征： 癌基因低甲基化 被激活； 抑癌基因高甲基化 被沉默 肿瘤中普遍存在DNA甲基化状态的改变，其特点是总体的甲基化水平降低与局部的甲基化水平升高。 低甲基化可诱导原癌基因和转座子成分活化，基因印迹缺失以及染色体不稳定性增加，最终诱发肿瘤 在整体低甲基化的水平下，某些抑癌基因发生高甲基化，导致基因沉默，对肿瘤抑制能力低下 甲基化水平与肿瘤生物学特性密切相关，DNA甲基化水平越低，染色体越容易发生功能异常，肿瘤的浸润能力就越高，临床分期也愈晚,中国测序论坛,肿瘤的去甲基化治疗 DNA甲基化程度依赖于DNMT活性。正常甲基化模式的建立需要DNMT1和DNMT3的共同作用， DNMT1是DNMT3启动CpG核苷酸从头甲基化的保证，而DNMT3则使甲基化水平稳定在正常需要水平（去甲基化） 抑制DNMT活性药物是治疗肿瘤的新希望 胞苷类似物通过共价键与DNMT形成不可逆的复合物从而竞争性抑制其活性,使DNA甲基化随细胞分裂进行性丢失,部分地逆转肿瘤的恶性表型。,中国测序论坛,中国测序论坛,DNA去甲基化,DNA去甲基化的方式有两种： 1) 被动途径: 由于核因子转录N F（一种多向转录调节作用的蛋白质） 粘附甲基化的DNA , 使粘附点附近的DNA不能被完全甲基化, 从而阻断DNM T1 的作用; 2) 主动途径: 是由去甲基酶的作用, 将甲基集团移去的过程。,中国测序论坛,DNA甲基化的检测,方法概括起来可分为三类：,基因组整体水平的甲基化检测,基因特异位点甲基化的检测,新甲基化位点的寻找,中国测序论坛www.seq.