果蝇基因组DNA的6mA修饰研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:oo2009123456
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DNA甲基化是表观遗传机制中最为重要的一种调控方式,它通过调控基因的表达影响一系列的生物学过程,比如细胞命运的决定、发育以及组织、器官的稳态维持等。目前研究的主要DNA修饰包括5-methylcytosine(5mC),N4-methylcytosine(4mC)及N6-methyladenine(6mA)等。目前认为5mC是哺乳动物的基因组DNA中唯一的碱基甲基化修饰调控基因的表达。6mA及4mC则主要存在于原核生物及一些低等的真核生物。尤其是在细菌中,6mA修饰在DNA的复制、碱基修复、基因表达调控、转座子调控及宿主与病原体之间的相互拮抗等方面具有重要的调控功能。  目前的研究表明6mA在高等真核生物基因组中的含量非常低,受制于此,目前它在高等真核生物中的功能研究尚为空白。推测在高等真核生物中6mA修饰可能首先被甲基转移酶催化形成,而后很快被去甲基化酶去除,从而在总体上6mA含量维持在一个非常低的水平,那么在6mA的整个动态调控过程中去甲基化酶可能起主导作用。据此假设当去除去甲基化酶后势必会造成基因组6mA的显著积累上升,从而为研究6mA在高等真核生物中的分布及功能研究提供方便。  该研究首次证明了在果蝇基因组DNA中存在6mA修饰,同时揭示6mA修饰在胚胎发育的早期阶段受到去甲基化酶DMAD蛋白(果蝇Tet同源蛋白)的精确调控。本研究使用CRISPR/Cas9方法制备了DMAD一系列的突变体,通过遗传实验发现DMAD对果蝇的生长发育是必需的。在体内证明DMAD可能并不具有催化5mC为5hmC的活性,而是具有催化6mA去甲基化的功能,为果蝇基因组中6mA修饰的去甲基化酶。体外实验也证明DMAD具有直接催化6mA修饰去甲基的活性。此外,本研究还对果蝇卵巢组织中DMAD调控6mA修饰去甲基化的过程功能及调控机制进行了分析。通过对DMAD野生型及突变体果蝇卵巢基因组DNA的MeDIP高通量测序分析,发现果蝇卵巢的基因组中6mA修饰主要分布于转座子区域,特别是在DMAD的突变体中,位于转座子上的6mA修饰显著增加。并且发现在DMAD突变体的卵巢中大部分的转座子转录出现了显著的上升,这表明在果蝇卵巢中DMAD可能是通过减少转座子区域的6mA修饰来对抗转座子的沉默。该研究在表观遗传学的研究领域取得了原创性的突破。
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