科学伉俪Nat Neurosci新文章解析表观遗传

近期宋洪军、明国丽夫妻二人再度在《Nature Neuroscience》杂志上发表了题为“Neuronal activity modifies the DNA methylation landscape in the adult brain”的研究论文，揭示了成人神经系统中DNA的修饰机制及其影响效应。

　　

生物通报道  来自约翰霍普金斯大学医学院的宋红军（Hongjun Song）和明国丽（Guo-Li Ming）是一对神仙眷侣，他们早在北京大学读书的时候就已经相恋了，现在在事业上两人又相辅相成，共同在神经科学研究领域取得了一个又一个的成就，联合署名发表在Cell、PNAS、Nat Neurosci等国际权威学术期刊上的研究论文目前已有40余篇。

近期夫妻二人再度在《Nature Neuroscience》杂志上发表了题为“Neuronal activity modifies the DNA methylation landscape in the adult brain”的研究论文，揭示了成人神经系统中DNA的修饰机制及其影响效应。

DNA甲基化是最早发现的基因表观修饰方式之一，在维持染色体结构、X染色体失活、基因印记和肿瘤的发生中起着重要的作用。传统的观点认为DNA甲基化是经减数分裂和/或有丝分裂后可遗传的一种高度稳定表观“标记”。此前，宋洪军课题组曾证实在某些刺激的诱导下少数CpG位点甲基化状态可发生改变，然而对于其调控机制却不是很清楚。

在这篇文章中研究人员利用新一代测序技术绘制出了成体小鼠大脑海马齿状回神经元全基因组DNA甲基化谱图。并将这些神经元细胞在同步神经刺激前后的甲基化状态进行了比较分析。研究结果显示刺激后海马齿状回神经元的219,991个CpG位点有1.4%的发生了快速去甲基化或de novo甲基化改变。其中部分修饰在至少24小时内维持了稳定状态。此外，研究人员还发现这些修饰虽表现出广泛的基因组分布，但主要还是富集在低密度CpG区域，与调控神经元可塑性的大脑特异性基因密切相关。这些研究表明神经激活介导的DNA甲基化状态改变由可能是成体神经系统中一种重要的表观遗传学调控机制。

此外不久前，宋红军和明国丽还Cell杂志上发表了另一篇研究文章称他们开发了一个遗传标记新方法，可以帮助追踪成体小鼠海马齿状回（dentate gyrus）中的单个静态的，能表达巢蛋白的放射状胶质细胞样细胞（radial glia-like，RGL）前体。这种克隆分析方法能识别出RGL活化多个模式，包括对称的，和不对称的自我更新。研究人员发现体内长时程谱系追踪能揭示包括RGL(s)，神经元和星形胶质细胞在内的克隆比例，分析来自自我更新和多谱系分化的个体RGLs的情况。这些研究结果都表明RGLs是自我更新，多能性神经干细胞，这一研究也为了解成人神经干细胞提供了重要资料。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Neuronal activity modifies the DNA methylation landscape in the adult brain

DNA methylation has been traditionally viewed as a highly stable epigenetic mark in postmitotic cells. However, postnatal brains appear to show stimulus-induced methylation changes, at least in a few identified CpG dinucleotides. How extensively the neuronal DNA methylome is regulated by neuronal activity is unknown. Using a next-generation sequencing–based method for genome-wide analysis at single-nucleotide resolution, we quantitatively compared the CpG methylation landscape of adult mouse dentate granule neurons in vivo before and after synchronous neuronal activation. About 1.4% of 219,991 CpGs measured showed rapid active demethylation or de novo methylation. Some modifications remained stable for at least 24 h. These activity-modified CpGs showed a broad genomic distribution with significant enrichment in low-CpG density regions, and were associated with brain-specific genes related to neuronal plasticity. Our study implicates modification of the neuronal DNA methylome as a previously underappreciated mechanism for activity-dependent epigenetic regulation in the adult nervous system.

附：

宋红军

于1992年获北京大学学士学位、1995年获美国哥伦比亚大学生物学硕士学位、1998年获美国加利福尼亚大学圣地亚哥分校生物学博士学位，1998-2002年在美国索尔克研究院霍华德•休斯从事博士后研究，2003-2007 Johns Hopkins大学医学院神经科学系细胞工程研究院助理教授，2007年起任美国Johns Hopkins大学医学院副教授。

宋红军博士的研究领域主要是调控成人神经系统的干细胞的特殊细胞形态的消失和分化的细胞和分子机制和它们在成熟中央神经系统环境里的迁移、引导及神经细胞后裔的突触神经的综合。并在成人神经系统的干细胞和神经发生的调控机制有新的发现。

宋红军教授近年来也回国支持国内科学研究，今年清华大学干细胞与再生医学中心成立，他与美国Stowers研究所的解亭教授就共同为这一中心牵头组建了一支杰出青年科学家核心团队。