一、DNA甲基化簡介
1 、概念:DNA甲基化是一種重要的表觀遺傳,是指DNA被化學小分子修飾的一種方式,即甲基(-CH3)共價結合到脫氧核糖核苷酸上,可以不改變脫氧核糖核苷酸序列而引起基因表達的的改變。
2 、發生位點:真核生物常見的甲基化位點有CpG(最主要)、CHG(H指A/T/C)、CHH等,而胞嘧啶的C-5甲基化修飾最為常見。胞嘧啶 C-5位甲基化是由S-腺苷甲硫氨酸(SAM)提供-CH3,在 DNA甲基轉移酶(DNA methyltransferases,DNMTs)的作用下,將胞嘧啶(C)甲基化為5-甲基化胞嘧啶(5-mC)的一種化學反應。
Chan et al., 2005
Julie A. Law et al .,2010
3 、DNA甲基化的作用: 被甲基化修飾的CpG是基因沉默的標記,抑制基因的表達。兩個假說:
① 在啟動子和增強子區域的胞嘧啶甲基化可以阻止轉錄因子與調控原件結合
② MeCP(mCpG結合蛋白)與mCpG結合后,可招募組蛋白去乙酰化酶使染色質收縮。
4 、DNA甲基化的特點:決定基因表達的模式;可以在上下代細胞間傳遞;僅限於修飾DNA,而不改變DNA的順序組成;
不同物種的DNA甲基化比例差距很大,如,擬南芥基因胞嘧啶甲基化為14%,小鼠為8%,而果蠅為0.03%,線蟲基因組甚至缺少甲基化。同一物種不同區域甲基化程度也有區別,如在擬南芥中,DNA甲基化發生在CpG,CHG和CHH位點分別為24%、6.7%和1.7%。
5 、總結:大量的研究已經表明,DNA甲基化與植物很多重要的生命過程如基因表達、抵御逆境密切相關,因此越來越引起人們的關注和研究。
二、一些概念
1 、CpG島:
CpG島的概念最早由Adrian Bird提出,他稱之為未甲基化的HapII小片段(HpaII Tiny Fragment,HTF),更正式的定義是這樣的區域,該區域的序列長度至少200個鹼基對,GC含量超過50%,CpG比值(觀測值/期望值) 超過0.6。 CpG比值的計算方法如下:
2 、甲基化的方式
2.1、從頭甲基化 :⼀種是 2 條鏈均未甲基化的 DNA 被甲基化,稱為從頭甲基化 ( denovomethylation) 。
2.2、保留甲基化:另⼀種是雙鏈 DNA 的其中 1 條鏈已存在甲基化,另 1 條未甲基化的鏈被甲基化, 這種類型稱為保留甲基化( maintenance methylation)
三、常見DNA甲基化檢測方法
1 、限制性內切酶檢測法
EcoRⅠ/HapⅡ,EcoRⅠ/MspⅠ,Southern Blot.
優點:通過提供待測樣品的基因組DNA,無需了解整個DNA序列和詳細一級結構即可直接對甲基化進行評價和定量分析。
缺點:5-羥甲基胞嘧啶、糖化5-羥甲基胞嘧啶、5-甲基胞嘧啶或4-甲基胞嘧啶等因為它們的結構相似而難識別。
2 、親和富集
3 、重亞硫酸鹽轉化。
最常是使用的是重亞硫酸鹽轉化方法,DNA經重亞硫酸鹽處理后未甲基化的C->U,而甲基化的C則不發生改變,然后通過電泳/質譜/芯片/測序都可以對U或C進行區分。