王颖《科学》文章：DNA甲基化新研究

　　

生物通报道：来自伊利诺斯大学Urbana-Champaign分校细胞与发育生物学系，以及西班牙癌症研究院（IDIBELL–Cancer Research Institute），澳大利亚国立大学生命科学研究学院等处的Gene E. Robinson领导的研究小组的研究人员对无脊椎动物昆虫中一种功能性DNA甲基化的生物信息学、分子和生物化学特征进行了研究，发现了DNA转甲基化酶的活性同源物，为DNA甲基化研究以及昆虫社会性行为提供了重要资料。这一研究成果公布在最新一期的（10月27日）《Science》杂志上。

研究报告的第一作者为Gene E. Robinson的博士生王颖（Ying Wang，音译）

链接：
Science 27 October 2006:
Vol. 314. no. 5799, pp. 645 - 647
DOI: 10.1126/science.1135213
Functional CpG Methylation System in a Social Insect 
[Abstract]

DNA甲基化系统是一种哺乳类动物遗传外修饰的重要调控方式，也是脊椎动物DNA唯一的自然化学修饰方式。由于DNA甲基化在肿瘤发生、发展中有非常重要的作用，因此一直以来都是科学家们关注的焦点。

虽然DNA甲基化研究范围广泛，但是在果蝇Drosophila melanogaster和其它无脊椎动物中的作用仍然倍受争议，在这一研究中，研究人员利用最新得到的蜜蜂测序结果（见各大顶级杂志头条：基因组研究）对蜜蜂一种功能性DNA甲基化系统进行了生物信息学、分子生物学和生物化学特征的描述，并且发现了脊椎动物转甲基化酶Dnmt1，Dnmt3a和b的活性同源物，以及两种包括一个甲基化DNA绑定位点，基因组5-methyl-deoxycytosine和CpG甲基化基因的同源异型体（isoform）。

蜜蜂是继果蝇、蚊子之后的第三种全基因组被破译的昆虫，这为研究无脊椎动物甲基化系统提供了很好的机会，这一研究成果也为DNA甲基化研究以及昆虫社会性行为提供了重要资料。

附：
一种全新的DNA甲基化研究方法——Pyrosequencing技术 

DNA甲基化是一种表观遗传修饰，由DNA甲基转移酶（DNA methyl-transferase, Dnmt）催化S-腺苷甲硫氨酸作为甲基供体，胞嘧啶转变为5-甲基胞嘧啶（mC）的一种反应，在真核生物DNA中，5-甲基胞嘧啶是唯一存在的化学性修饰碱基。CG二核苷酸是最主要的甲基化位点，它在基因组中呈不均匀分布，存在高甲基化、低甲基化和非甲基化的区域，在哺乳动物中mC约占C总量的2－7％。一般说来，DNA的甲基化会抑制基因的表达。DNA的甲基化对维持染色体的结构、X染色体的失活、基因印记和肿瘤的发生发展都起重要的作用。

CpG双核苷酸在人类基因组中的分布很不均一，而在基因组的某些区段，CpG保持或高于正常概率，这些区段被称作CpG岛。CpG岛主要位于基因的启动子和第一外显子区域，约有60％以上基因的启动子含有CpG岛。 CpG甲基化的研究在肿瘤的研究中有着非常主要的地位。通过基因启动子区及附近区域CpG岛胞嘧啶的甲基化可以在转录水平调节基因的表达，从而引起相应基因沉默，去甲基化又可恢复其表达。DNA甲基化在生理情况下就参与了控制基因的时空表达，在肿瘤发生时，肿瘤细胞全基因组低甲基化是一个重要特征。肿瘤细胞基因组甲基化的程度与正常细胞相比仅为20-60% , 同时伴有局部区域基因的高甲基化,包括肿瘤抑制基因、抑制肿瘤转移和浸润的基因、细胞周期调节基因、DNA修复基因、血管形成抑制基因等。但是目前研究手段的局限，限制了DNA甲基化的广泛研究。

近年来，研究者不断探索定性及定量检测单个或多个甲基化位点的方法，但由于甲基化多态性区域存在的密度很高，所以对于延伸反应其引物的位置很难设计。Pyrosequencing技术作为一种新的序列分析技术，能够快速地检测甲基化的频率，对样品中的甲基化位点进行定性及定量检测，为甲基化研究提供了新的途径。

从原理上来看，Pyrosequencing是一种通过合成方法进行序列分析的方法，它通过核苷酸和模板结合后释放的焦磷酸引发酶级联反应，促使荧光素发光并进行检测。这项技术曾经被用作单核苷酸多态性（SNP）的基因型和单倍型的检测，以及细菌和病毒的鉴定和分型研究。这项技术的一个主要特点是在Pyrogarm™软件上显示的峰值高度来自于序列分析的原始数据，通过峰值的高度可以精确的检测混合DNA模板中等位基因的频率。

目前甲基化研究方面，很多甲基化定量分析的报道采用亚硫酸氢盐处理甲基化样本，并用混合的PCR产物 作为校正。其主要原理是：亚硫酸氢盐可以将没有甲基化的胞嘧啶转化为尿嘧啶，而在适当的实验条件下甲基化的胞嘧啶保持不变。因而，用它处理样本后，再进行PCR扩增，甲基化的位点可以被当作一个C/T的SNP来处理，它的基因频率为0－100％。

（生物通：万纹）