北京基因組所揭示半甲基化在基因表達調控中的作用

發布時間：2024-01-25 16:50 原文鏈接：北京基因組所揭示半甲基化在基因表達調控中的作用

　　DNA甲基化是最早發現的表觀遺傳標記之一，在真核細胞基因表達調控中發揮重要作用。隨著DNA甲基化檢測技術的進步，研究發現DNA甲基化具有完全甲基化和半甲基化兩種狀態，以及可以穩定遺傳的半甲基化修飾。關于DNA半甲基化是否具有獨特的生物學功能仍有爭議，因而需要對DNA半甲基化進行研究。此外，傳統的基于堿基化學轉化的甲基化測定技術對DNA造成較大損傷，因此亟需開發更為溫和高效的半甲基化測定方法。

　　中國科學院北京基因組研究所（國家生物信息中心）徐晨歡團隊，利用特異性識別DNA單鏈甲基化的限制性內切酶MspJI，開發了不依賴于堿基轉化的半甲基化測定技術——Mhemi-seq（MspJI-assisted hemi-methylation sequencing）。相較于傳統DNA甲基化測定技術，Mhemi-seq具有兩個優點：一是Mhemi-seq不依賴于堿基轉化，避免了對DNA造成損傷，因此可更高效的對微量DNA中CpG的甲基化狀態進行鑒定；二是Mhemi-seq可以通過對MspJI酶切位點的分析，直接實現對單CpG上半甲基化狀態的鑒定。

　　科研人員將Mhemi-seq應用于淋巴母細胞系GM12878以及兩種人源胚胎干細胞H1和H9，并建立了這三種細胞的甲基化和半甲基化圖譜。Mhemi-seq生成的甲基化圖譜與堿基化學轉化方法得到的甲基化圖譜基本一致，證明Mhemi-seq可以準確的捕捉到單CpG分辨率的DNA甲基化狀態。研究對Mhemi-seq的結果進行分析發現，半甲基化CpG可以抑制轉錄因子CTCF的結合和PCGF1調控的基因表達，且其抑制程度與完全甲基化較為相似，暗示半甲基化或可實現通常DNA甲基化對基因表達的調控作用。此外，該研究利用Mhemi-seq，在反轉座子Alu原件上發現了一類和Alu表達相關的特殊DNA半甲基化。

　　綜上所述，Mhemi-seq可以精準高效的鑒定基因組中CpG的甲基化和半甲基化狀態，為DNA甲基化研究領域提供了新的便捷工具。

　　1月24日，相關研究成果以Uncovering the roles of DNA hemi-methylation in transcriptional regulation using MspJI-assisted hemi-methylation sequencing為題，發表在《核酸研究》（Nucleic Acids Research）上。研究工作得到國家自然科學基金和國家重點研發計劃等的支持。