表观遗传学

摘要： 英国研究人员开发出一种新的化学技术从而允许人们能够在DNA单碱基分辨率上对修饰性碱基5hmC进行定量测序.相关研究结果于2012年4月26日发表在Science期刊上.

来自英国剑桥大学和巴布拉汉研究所(Babraham Institute)的研究人员合作开展研究,开发出一种新技术从而能够显著性地改善科学家们进行表观遗传研究,也有助于理解细胞如何发育和发挥作用.表观遗传学是遗传学的一个分支,它是研究影响基因活性的DNA修饰.相关研究结果于2012年4月26日发表在Science期刊上,论文标题为"Quantitative sequencing of 5-methylcytosine and 5-hydroxymethylcytosine at single base resolution".这项研究对干细胞研究和再生性医学发展发挥着重要性的影响.



    体内所有细胞都拥有相同的DNA序列,即基因组,但是这种DNA序列如何翻译将导致不同类型细胞的产生.表观遗传变化控制DNA序列如何翻译,特别是控制不同基因在不同类型细胞、组织和器官中如何开启和关闭.
    科学家们研究最多的表观遗传标志之一是加入一个非常小的被称作甲基的化学修饰到DNA序列上,从而将相关联的基因关闭.甲基总是添加到DNA碱基胞嘧啶上,因此这种化学修饰也被称作5-甲基胞嘧啶(5-methylcytosine, 5mC).巴布拉汉研究所科学家们参与研究哺乳动物中另一个被称作5-羟甲基胞嘧啶(5-hydroxymethyl-cytosine, 5hmC)DNA化学修饰的所起的作用,因为人们认为5hmC在干细胞功能上发挥着重要作用,有助于确定身体如何发育.5hmC可能一种独立的表观遗传标志,或者可能是从DNA上移除甲基从而允许基因再次开启的过程的一部分.解码‘表观基因组(epigenome)’将有助于人们更好地理解细胞是如何调节的,而且也对再生性医学和诸如干细胞之类的细胞如何受到控制发挥着重要性的影响.
    剑桥大学化学系和英国癌症研究协会剑桥研究所教授Shankar Balasubramanian和他的博士研究生Michael Booth开发出一种新的化学技术从而允许人们能够测序DNA单碱基分辨率上对最近发现的碱基5hmC进行测序.利用现存的方法这是不可能实现的.在剑桥大学研究团队(由Balasubramanian领导)和巴布拉汉研究所研究团队(由Wolf Reik FRS教授领导)的大力开展联合研究下,这种方法能够被用来对胚胎干细胞基因组DNA上的5hmC和5mC进行测序.
    Balasubramanian领导的研究团队之前合作开发出Solexa测序.Balasubramanian解释道,"DNA测序正变成科学与医学研究的越来越重要的一部分.我们高兴能够迎接这一挑战而找到一种方法能够对这种重要的新碱基修饰进行测序."
    这项技术联合开发者Michael Booth说,"我们开发出一种能够特异性对这种新修饰的DNA碱基5hmC进行测序的化学技术.这允许我们在基因组单碱基分辨率上准确地区分5mC和5hmC."
    巴布拉汉研究所研究员和共同通讯作者Miguel Branco博士评论道,"人们在这个领域确实迫切需要一种技术以便能够定量地和高分辨地对基因组上的5hmC和5mC进行描绘.我们应用这种新技术到胚胎干细胞上,而且马上认识到这种技术确实能够加强我们对这些DNA修饰的生物学功能的理解."
    Wolf Reik教授说,"最近更为明显的是,除了DNA甲基化之外,还存在其他DNA修饰,比如羟甲基化.这提示着DNA修饰比我们之前所认为的那样更有动态性.利用这种新方法,如今我们能够更加高精度地绘制这些修饰并将它们与干细胞功能关联在一起,而且还可能确定环境与基因组如何相互作用."
    剑桥大学化学系主任Daan Frenkel ForMemRS教授认为,这种新技术将显著性地改变人们开展表观遗传研究的方式,而且也会对再生性医学产生显著性的影响.