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DNA甲基化与去甲基化是表观遗传调控的两种重要调节方式,其在X染色体失活、基因组印迹、染色质修饰和内源性基因沉默等过程中发挥重要作用。通常认为DNA去甲基化是依赖DNA复制的被动方式,而最近的研究表明在脊椎动物中还存在DNA主动去甲基化的方式,但其具体机制及在干细胞分化和造血发育中的作用还不清楚。本论文我们分别利用小鼠和斑马鱼为模型研究了DNA去甲基化在脂肪干细胞(adipose-derived stem cells, ADSCs)分化和斑马鱼胚胎红细胞发育中的作用。在胚胎干细胞中的研究表明DNA主动去甲基化主要发生在胚胎干细胞向祖细胞分化的过程中,而很少发生于干细胞的终端分化过程。我们以ADSCs的成骨分化为模型,发现成体干细胞的终端分化过程中伴随DNA的主动去甲基化。ADSCs成骨分化时,成骨特异基因Dlx5, Runx2, BGP和Osterix的启动子发生主动去甲基化,并伴随基因表达的增加。在此过程中,生长阻滞和DNA损伤诱导蛋白(growth arrest and DNA-damage-inducible protein, Gadd45a)表达增加,提示其可能参与DNA去甲基化调控。而降低Gadd45a的表达会导致成骨特异基因启动子高甲基化并抑制基因的转录与ADSCs的成骨分化。这些结果表明成体干细胞的分化会伴随DNA的主动去甲基化,且Gadd45a在其中起重要作用。最近的研究发现TET (ten-eleven translocation)蛋白可将甲基化的胞嘧啶转变为羟甲基化的胞嘧啶,而后者在DNA主动去甲基化中可能扮演重要角色,但具体作用仍然未知。因此,我们在斑马鱼中克隆了TET基因,包括TET1, TET2和TET3,并研究了其在斑马鱼胚胎红细胞发育中的作用。用Morpholinos敲低TET2和TET3基因可抑制斑马鱼造血发育相关基因的表达,并抑制红细胞的发育,而TET1基因敲低对红细胞的发育影响不大。这些结果表明由TET催化的甲基化胞嘧啶向羟甲基化胞嘧啶的转变在斑马鱼造血的发育中调控。综上所述,我们利用小鼠和斑马鱼模型研究了DNA主动去甲基化在细胞分化和发育中的作用,发现Gadd45a参与ADSCs成骨分化中特异基因启动子的主动去甲基化,而TET的则在斑马鱼红细胞发育过程中起重要作用。