论文部分内容阅读
哺乳动物DNA甲基化主要发生在胞嘧啶的(cytosine，C)第五位碳原子上，生成5-甲基胞嘧啶（5-methylcytosine，5mC）。DNA甲基化是一种非常重要的表观遗传调控方式，在基因印记、X染色体失活、转座子与外源DNA的沉默及组织特异性基因的表达调控中发挥着重要的作用。在哺乳动物的配子发生过程及从受精到着床的早期胚胎发育阶段，基因组DNA发生大规模的去甲基化，提示DNA去甲基化在胚胎分化和发育中有非常重要的功能。 在哺乳动物细胞中，起始性DNA甲基转移酶（DNA methyltransferases，Dnmts）Dnmt3a与Dnmt3b负责DNA甲基化谱式的建立，维持性DNA甲基转移酶Dnmt1负责甲基化谱式的维持。最近研究者发现Tet(ten-eleven translocation)双加氧酶家族蛋白能够催化5mC氧化生成5-羟甲基胞嘧啶(5-hydroxymethylcytosine，5hmC)，并可以进一步将5hmC氧化成5-醛基胞嘧啶(5-formylcytosine，5fC)和5-羧基胞嘧啶（5-carboxylcytosine，5caC），然后TDG糖苷酶能够特异性地识别并切除DNA中的5fC、5caC，进而启动碱基切除修复途径(base excision repair,BER)完成DNA去甲基化，从而提出了Tet的氧化作用与BER途径协同介导的DNA主动去甲基化机制。 为了研究Tet-BER介导的主动去甲基化途径中Tet双加氧酶家族蛋白对生物发育过程的影响，研究者们建立了Tet基因敲除或者条件性敲除的小鼠模型，发现Tet家族蛋白介导的主动去甲基化对小鼠胚胎着床前的发育、多能干细胞的重编程、生殖细胞和神经细胞的发育以及癌症的发生过程中都有非常重要的作用，使得人们对Tet在个体发育中的重要性有了新的认识。本研究中我们通过Tet TKO（Tet-triple knockout）的体系来研究DNA的甲基化状态对胚胎发育的功能。 我们发现，小鼠三个Tet基因的缺失导致胚胎原肠运动异常，包括原条形态、轴中胚层以及轴旁中胚层的异常，表型与Nodal过表达类似。Tet TKO胚胎中敲除Nodal得到Nodal杂合突变体可以部分回复Tet TKO表型，表明表达过度的Nodal信号导致Tet TKO胚胎原肠运动异常。Lefty1和Lefty2是Nodal信号的抑制剂，Nodal信号异常高表达可能与其有关。进一步的研究显示，Lefty的低表达与DNA高甲基化有关，Dnmt3a或Dnmt3b敲除可以恢复Tet TKO中Lefty-Nodal信号及胚胎形态的正常。此外，Tet酶活缺失突变体与Tet TKO表型类似，表明Tet TKO表型主要是Tet双加氧酶活性缺失导致。以上结果暗示Tet介导的5mC的氧化和Dnmt3a和Dnmt3b介导的DNA甲基化共同调节靶基因的甲基化状态，从而调节Lefty-Nodal信号通路，影响胚胎原肠运动。该工作首次揭示了DNA甲基化这种表观遗传学修饰的动态变化在小鼠早期胚胎发育过程中的重要功能。