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标题: 【求助】DNA 甲基化为什么能抑制基因表达 [打印本页]

作者: ssonglikihi 时间: 2013-12-20 20:47 标题: 【求助】DNA 甲基化为什么能抑制基因表达

都知道DNA甲基化能抑制基因表达，但是为什么？

作者: 市井小民 时间: 2013-12-20 20:48

DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变，从而控制基因表达。

比如：甲基化会促使异染色质化，DNA构象改变（如Z型-B型之间的转变）。更深一层的机理应该是甲基的引入使得分子内或分子间的非共价键重新分配等，这样也会影响DNA与转录因子的结合等等。

作者: 市井小民 时间: 2013-12-20 20:48

结构基因含有很多CpG 结构, 2CpG 和2GPC 中两个胞嘧啶的5 位碳原子通常被甲基化, 且两个甲基集团在DNA 双链大沟中呈特定三维结构。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, 位于结构基因启动子的核心序列和转录起始点。有实验证明超甲基化阻遏转录的进行。DNA 甲基化可引起基因组中相应区域染色质结构变化, 使DNA 失去核酶ö限制性内切酶的切割位点, 以及DNA 酶的敏感位点, 使染色质高度螺旋化, 凝缩成团, 失去转录活性。

作者: changlhsyo 时间: 2013-12-20 20:49

补充几点:

1,蛋白特异结合DNA的化学基础是DNA结合蛋白能够识别DNA双螺旋大沟中的氢键信息.5mC的甲基正好位于大沟中.因此,它的存在可能会干扰转录因子对碱基序列的识别,从而抑制基因表达.

2.细胞中存在甲基结合蛋白MBD.当CG岛中的C被甲基化后,能够与MBD结合,同时MBD招募来组蛋白去乙酰化酶,使得组蛋白去乙酰化,从而导致异染色质化,阻碍转录因子及RNA聚合酶与DNA的结合.

3.更多细节,请多看文献.学无止境!

作者: ssonglikihi 时间: 2013-12-20 20:49

恩，很详细了！！！！！！！！

作者: ssonglikihi 时间: 2013-12-20 20:50

在我的了解中HDAC不是这样发挥作用的

它是抑制DNMT1表达的

作者: ssonglikihi 时间: 2013-12-20 20:51

刚才没把图贴上

作者: changlhsyo 时间: 2013-12-20 20:51

HDAC对基因表达的抑制是广谱性的，在某些情况下，它当然也能抑制DNMT1的表达。所以你说的HDAC抑制DNMT1表达只是HDAC抑制基因表达的一个特例。HDAC即组蛋白去乙酰化酶，我们知道组蛋白的乙酰化能使染色体结构松散，从而促进基因表达，因此去乙酰化就能起到相反作用，即抑制基因表达。甲基化位点能募集MBD，而MBD募集HDAC,这是甲基化抑制基因表达的一个策略。

在你提供的模型中,HDAC可能是做为绝缘子,而非去乙酰化来抑制表达,但毕竟只是一个特例而已.

作者: ssonglikihi 时间: 2013-12-20 20:51

我的意思中从你的模型中可以看出甲基化抑制基因表达是通过HDAC起作用的，而我提供的模型却显示dnmt1表达受到HDAC的抑制，从而减少甲基化，这两个是否有矛盾呢？

作者: changlhsyo 时间: 2013-12-20 20:52

当然不会有矛盾. 你需要看清楚的是,你所提供的模型,HDAC的抑制作用是细胞周期依赖性的.DNMT1的作用是完成DNA复制后的半甲基化,它的作用主要发生在S期.因此,DNMT1需要在late G1期及S期表达. 但是,在漫长的G0/G1期,DNMT1是没有作用的,所以它的表达需要被抑制.

作者: 966735obeng 时间: 2013-12-20 20:53 标题: 回复 #9 ssonglikihi 的帖子

这两个图并不矛盾，因为

1，甲基化抑制基因表达并不单单是通过招募HDAC起作用，还通过阻遏转录因子与DNA链的结合来起作用。

2，DNA的甲基化整体上是稳定的，短期内不会发生大的变化。DNMT1的作用是维持细胞分裂过程中已有的甲基化模式，就是在与母链互补的新和成链上的对应CG位点加上甲基。在细胞分裂的S期，DNMT1能够表达，并维持DNA的甲基化，而并不能产生新生（De Novo）的甲基化。而在细胞分裂的静止期，并不需要DNMT1的作用。

3，DNMT1 这个基因我没有搜索到在启动子区有CpG岛

4，有些文献认为，其实DNA的甲基化与转录抑制之间并不是直接的因果关系，甚至可能是基因沉默的标记，而非原因。

作者: ssonglikihi 时间: 2013-12-20 20:54

谢谢你们的回答，那篇图的文献我也没找到，是一同学给我的这张图。找到一定发给你们

最近还在关注组蛋白修饰以及和DNA甲基化关系，似乎组蛋白修饰是更重要的表观修饰，大家一块交流

作者: changlhsyo 时间: 2013-12-20 20:54

事实上,组蛋白修饰比DNA甲基化修饰要研究的清楚的多. 虽然组蛋白修饰的研究要比DNA修饰出现的晚,但是chip on chip这一强大的研究手段使组蛋白修饰的研究要便捷的多.

组蛋白修饰以及和DNA甲基化关系,已经有很多文献报道.下面介绍一篇

Fouse, S. D., Y. Shen, et al. (2008). "Promoter CpG methylation contributes to ES cell gene regulation in parallel with Oct4/Nanog, PcG complex, and histone H3 K4/K27 trimethylation." Cell Stem Cell 2(2): 160-9.

作者: ssonglikihi 时间: 2013-12-20 20:55 标题: 回复 #13 changlhsyo 的帖子

组蛋白修饰怎样遗传？

都知道甲基化怎样遗传和去除，而组蛋白修饰是怎样遗传的？它是怎样随环境变化的？在个体发育中是否出现像甲基化这种擦除再修饰？

这三个问题确实有挑战性

作者: changlhsyo 时间: 2013-12-20 20:55

你的问题很好。

你说的这三个问题，目前已经有了部分答案，具体细节就不在这里赘述了.

"组蛋白修饰是怎样遗传的"请参看沃森主编的《基因的分子生物学》及相关综述；

后面两个问题请自己查阅相关文献。提供一篇供参考：

Katz, D. J., T. M. Edwards, et al. (2009). "A C. elegans LSD1 demethylase contributes to germline immortality by reprogramming epigenetic memory." Cell 137(2): 308-20.

作者: 966735obeng 时间: 2013-12-20 20:56

DNA甲基化能抑制基因表达

直接方式是指DNA甲基化促进染色质凝聚，形成包装紧密的异染色质，阻止了转录因子(如 CTCF、E2F2等)与识别位点结合，干扰转录发生，但该种机制不具有普遍性，其原因是并非所有转录因子结合的DNA序列都含有CpG二核苷酸

作者: 966735obeng 时间: 2013-12-20 20:56

间接方式是指甲基化CpG与甲基化CpG结合蛋白家族(MeCPs) 结合后 ,募集其他转录共抑制子(如HDACs、HMTs、mSin3A以及 DNMTs等)，在甲基化位点形成紧密包装的染色质结构，阻止转录因子接近调控元件形成转录复合物，同时对组蛋白进行脱乙酰基或甲基化修饰，染色质构象发生变化，这种作用方式可能是抑制基因转录的主要途径。

作者: 966735obeng 时间: 2013-12-20 20:57

甲基 CpG结合蛋白家族主要有：

作者: 966735obeng 时间: 2013-12-20 20:57

MeCP2 转录抑制作用

作者: 966735obeng 时间: 2013-12-20 20:58

MBD1 转录抑制作用

作者: 966735obeng 时间: 2013-12-20 20:58

MBD2 转录抑制作用

作者: 966735obeng 时间: 2013-12-20 20:59

MBD3 转录抑制作用

MBD3是MeCP2家族中惟一不能选择性识别甲基化DNA,在序列上与MBD2大多相似,但在功能上不同于MBD2,是构成 Mi2/NuRD复合物的一个关键成分

作者: 966735obeng 时间: 2013-12-20 20:59

MBD4是MBD家族中惟一具有其他功能的蛋白质，相对分子质量约62 kDa，MBD4的C末

端具有DNA修复酶活性，所以MBD4也是DNA修复系统成员。此外，MBD4还有5-甲基胞嘧啶DNA糖基转移酶的功能。

作者: changlhsyo 时间: 2013-12-20 21:00

有文章认为MBD4与DNA去甲基化有关：

Rai, K., I. J. Huggins, et al. (2008). "DNA demethylation in zebrafish involves the coupling of a deaminase, a glycosylase, and gadd45." Cell 135(7): 1201-12.

作者: 966735obeng 时间: 2013-12-20 21:00

MBD4与DNA去甲基化有关的文章还有：

Hendrich B, Hardeland U, Ng H, et al. The thymine glycosylase MBD4 can bind to the product of deamination at methylated CpG sites. Nature,1999,401(6750):301-304.

Zhu B, Zheng Y, Angliker H, et al. 5-Methylcytosine DNA glycosylase activity is also present in the human MBD4 (G/T mismatch glycosylase) and in a related avian sequence. Nucleic Acids Res,2000,28(21):4157-4165

作者: 966735obeng 时间: 2013-12-20 21:01

也有文章认为MBD2与DNA去甲基化也有关，不过意见不一致：

Bhattacharya S K, Ramchandani S, Cervoni N, et al. A mammalian protein with specific demethylase activity for mCpG DNA. Nature,1999,397(6720):579-583.

反对观点：Ng H, Zhang Y, Hendrich B, et al. MBD2 is a transcriptional repressor belonging to the MeCP1 histone deacetylase complex. Nat Genet,1999,23(1):58-61.

Wade P A, Gegonne A, Jones P L, et al. Mi-2 complex couples DNA methylation to chromatin remodelling and histone deacetylation. Nat Genet,1999,23(1):62-66.

作者: changlhsyo 时间: 2013-12-20 21:01

真真假假，越来越搞不清了。

作者: ssonglikihi 时间: 2013-12-20 21:02

正在学习组蛋白修饰方面的内容，谢谢大家！

作者: 惊醒ing 时间: 2013-12-20 21:04

1、G1期是否能向S期过渡，其实Rb发挥了非常大的作用。在细胞周期的调控中，更多是调强Rb,而并非HDAC。

2、DNMT1的甲基化特性对于每个DNA是一视同仁的。

3、从出示的图谱来看，甲基化是为进一步去乙酰化、导致异染色质化从而关闭表达。甲基化可不可以看成是异染色质化的必要条件？！

作者: ssonglikihi 时间: 2013-12-20 21:05

请问一个名词：什么是超甲基化？这个概念有定义吗

作者: 惊醒ing 时间: 2013-12-20 21:05

超甲基化是相对而言的，应该是指更高程度的甲基化。如正常情况下某基因的启动子区甲基化程度低，但在特殊情况下甲基化程度高。

个人觉得不能一刀切，定量的！呵呵

作者: 惊醒ing 时间: 2013-12-20 21:05

通常情况下基因的启动子区有CpG岛，在正常情况下是非甲基化的，而不管后面基因的表达情况，超甲基化就是指其CpG岛发生了甲基化，这样就会导致后面基因的转录下调。

这是网上搜到的概念，弱弱问一句：

在正常情况下基因的启动子区CpG岛是非甲基化的么？！好象不大对吧！应该是指表达基因吧！

作者: ssonglikihi 时间: 2013-12-20 21:06

楼上说MBD4和DNA去甲基化相关,其中有一篇还是我老板的工作.这种去甲基化是通过碱基切除来完成的,要有DNA 损伤修复的蛋白参与其中.而大多数表观遗传学家感性趣的在受精过程以及胚胎发育早期的大范围去甲基化看起来并不是由这一过程导致的.1,大范围的碱基切除难以想象,DNA 损伤修复完成不了这一工作,尽管有几篇大paper支持它 2,Science. 2009 May 15;324(5929):930-5. Epub 2009 Apr 16.这篇paper让我相信tet1应该是参与这一过程的一员.它能把5-甲基氧化成羟基.可能还有下游的蛋白负责去处羟基.

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