突破!导入不含CpG岛的DNA可让抵抗甲基化的CpG岛发生甲基化

日期: 2017年05月10日


    

赛业生物/---DNA上的化学标记会影响基因表达。在一项新的研究中,来自美国、日本、西班牙和沙特阿拉伯的研究人员开发出一种新的技术来校正这些化学标记发生的致病性异常。这些化学修饰统称为表观基因组,在发育和疾病中与基因组序列本身一样发挥着越来越重要的作用。相关研究结果发表在2017年5月5日的Science期刊上,论文标题为“Integration of CpG-free DNA induces de novo methylation of CpG islands in pluripotent stem cells”。

 

CpG岛发生甲基化


这种新的技术被用来构建与结肠癌相关的表观基因组突变模型和让源自安格尔曼综合征(Angelman syndrome, AS)患者的干细胞甲基化模式恢复正常。安格尔曼综合征是一种罕见的神经退行性疾病,经常被误诊为自闭症。除了构建表观遗传疾病模型和治疗这些疾病之外,这种技术也有望研究人类发育和生物学特征。


论文通信作者、美国沙克生物研究所教授Juan Carlos Izpisua Belmonte说,“我们对这项研究为理解疾病过程和开发有效的新疗法开辟如此多的新途径感到激动人心。发现如何编辑基因组已是一项巨大的进步,这种编辑表观基因组的新技术是另一项巨大的进步。”


Izpisua Belmonte实验室近期开创性地开发出一种方法对非分裂细胞(non-dividing cell)中的基因进行修饰(Nature, doi:10.1038/nature20565)。在成体组织中,非分裂细胞占绝大多数。这种新技术靶向一种最为常见的被称作DNA甲基化的表观遗传变化。DNA甲基化指的是被称作甲基的化学标记附着到DNA上。通常而言,这些甲基标志着准备开启或关闭的基因。科学家们越来越多地了解到DNA甲基化参与众多生理学过程(包括胚胎发育)和病理学过程(包括生命后期出现的某些疾病,如癌症)。人们已发现改变短DNA序列上的甲基化状态的方法,但是在此之前,没有人能够让这些变化在较广的范围内(这是合适的基因激活或失活的一个先决条件)保持下去。


鉴于80%的哺乳动物DNA发生甲基化,Izpisua Belmonte实验室对未发生甲基化的DNA区域感到好奇。自相矛盾的是,这些区域经常富含潜在的甲基化位点,而且往往靠近于转录开始发生的基因区域。然而,在某种程度上,这些被称作CpG岛的区域在正常情形下保持未甲基化。


这些研究人员猜测干扰CpG岛可能会触发新的甲基化。为了测试这种猜测,他们首先利用分子工具将没有CpG的DNA插入到MLH1基因附近的CpG岛中。MLH1基因在正常情形下未发生甲基化,但是如果它发生甲基化,那么它会增加结肠癌风险。作为一种原理验证,他们能够模拟这个结肠癌基因上发生的异常甲基化来开始理解异常的甲基化如何与癌症存在关联。


论文第一作者、沙克生物研究所研究员Yuta Takahashi说,“对CpG岛有趣的是,它们抵抗甲基化。但是通过导入不含CpG的DNA,我们能够撤销阻断它的机制,随后诱导整个CpG岛发生DNA甲基化。”


在了解能够在不发生甲基化的地方诱导甲基化产生,这些研究人员接下来试着将甲基附着到基因组上应当存在但因一些疾病等原因而缺失的地方。安格尔曼综合征是由于异常的DNA甲基化而导致的,这种异常会导致神经元中的UBE3A蛋白丢失。这导致病人出现认知缺陷。利用这种新的技术,他们校正了这种异常的DNA甲基化,并且在培养皿中,恢复安格尔曼综合征神经元内的UBE3A蛋白水平。


根据这些研究人员的说法,最为激动人心的是他们引入的所有甲基化模式在一段时间之后是稳定的,但是对其他的表观遗传技术而言,这一点是做不到的。即便移除这种不含CpG的DNA也不会影响这种新的甲基化。这一发现为重写CpG岛上的表观遗传标记提供一种方法,同时也有助认识让CpG岛免受DNA甲基化的机制。


论文共同作者、沙克生物研究所研究员Jun Wu说,“我们开发出一种新的技术,从而允许对多能性干细胞CpG岛上的DNA甲基化进行稳健地编辑,这将有助开发细胞替换疗法来治疗表观遗传疾病。但是,通过发现DNA甲基化的内在机制,我们希望利用这种技术做更多的事情。”(www.cyagen.com《赛业生物》)


原始出处:


Yuta Takahashi, Jun Wu, Keiichiro Suzuki et al. Integration of CpG-free DNA induces de novo methylation of CpG islands in pluripotent stem cells. Science, 05 May 2017,356(6337):503-508, doi:10.1126/science.aag3260


备注:原文转自-生物谷《Science:重磅!导入不含CpG岛的DNA让抵抗甲基化的CpG岛发生甲基化》 赛业生物整理发布

 

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