新晋HHMI研究员何川连发Cell,Nature子刊文章

【字体: 时间:2013年05月14日 来源:生物通

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  上周顶级生命医学研究院HHMI公布了新一批研究员名单,其中华裔科学家何川入选,近期何川研究组接连在多份顶级杂志上发表文章,分别采用TAmC-Seq方法完成了5-羟甲基胞嘧啶(5hmC)全基因组检测,以及解析了5-胞嘧啶甲酰(5-formylcytosine,5fC)的全基因组分布模式图谱。

  

生物通报道:上周顶级生命医学研究院HHMI公布了新一批研究员名单,其中华裔科学家何川(专访何川教授:第六种碱基的奥秘)是此次入选的唯一华人科学家,这位学者曾荣获美国癌症研究青年科学家奖,以及凯克基金会医学研究杰出青年学者奖等多个奖项,近年来在甲基化修饰,尤其是5hmC修饰等方面获得了许多重要的发现,比如其研究组曾在2011年完成了首张哺乳动物5hmC修饰图谱(Nature Biotechnol., 2011, 29, 68-72)。

近期何川研究组接连在多份顶级杂志上发表文章,分别采用TAmC-Seq方法完成了5-羟甲基胞嘧啶(5hmC)全基因组检测,以及解析了5-胞嘧啶甲酰(5-formylcytosine,5fC)的全基因组分布模式图谱。

首先在接连发表在Nature Communications的两篇文章中,何川研究组报道了一种选择性标记5-甲基胞嘧啶(5-methylcytosine,5mC)的新方法:TAmC-Seq,这种方法能利用叠氮化物作用选择性标记5mC,然后再进一步通过生物素标记进行亲和纯化,检测基因组范围内的修饰状态。

利用这种共价标记方法,研究人员高灵敏性和特异性的验证了已知甲基化位点,也为在全基因组范围内分析5mC水平提供了一种有效的新方法。

此外研究人员还深入探讨了两种修饰方式:N6-hydroxymethyladenosine (hm6A) 和N6-formyladenosine (f6A)。N6-methyladenosine(N6-甲基腺苷,m6A)是参与不同细胞途径的mRNA和非编码RNA的常见内部修饰方式。人类7000多个基因中存在约12000个m6A位点,mRNA中的m6A的修饰水平在广谱基因表达中发挥着基础性调节作用。

何川研究组发现了不同于m6A的两种新方式:hm6A和f6A,他们发现这些之前未曾被发现过的修饰方式是由m6A演变而来,能通过氧化RNA去甲基化形成,这些成分也许能用于动态调节RNA-蛋白质之间的相互作用,从而调控基因表达。

最后研究人员通过结合化学还原法(chemical reduction)和生物素标记,确定了5fC的基因组定位。在小鼠胚胎干细胞中(mESCs)绘制出全基因组5fC图谱,揭示出5fC倾向出现在基因调控元件中非活性状态的增强子上。利用Tdg缺陷mESCs,研究人员进一步证实5fC生成与p300协调作用,重塑了增强子的表观遗传状态。这一过程并不受5hmC的影响,而是与5hmC的进一步氧化相关,通过5fC使得增强子区域DNA发生了去甲基化。最后,研究人员通过亚硫酸氢盐处理以及随后的重亚硫酸盐测序,在单碱基分辨率上解析了5fC,由此确认了5fC累积位点。(生物通:万纹)

原文摘要:

FTO-mediated formation of N6-hydroxymethyladenosine and N6-formyladenosine in mammalian RNA

N6-methyladenosine is a prevalent internal modification in messenger RNA and non-coding RNA affecting various cellular pathways. Here we report the discovery of two additional modifications, N6-hydroxymethyladenosine (hm6A) and N6-formyladenosine (f6A), in mammalian messenger RNA. We show that FeII- and α-ketoglutarate-dependent fat mass and obesity-associated (FTO) protein oxidize N6-methyladenosine to generate N6-hydroxymethyladenosine as an intermediate modification, and N6-formyladenosine as a further oxidized product. N6-hydroxymethyladenosine and N6-formyladenosine have half-life times of ~3 h in aqueous solution under physiological relevant conditions, and are present in isolated messenger RNA from human cells as well as mouse tissues. These previously unknown modifications derived from the prevalent N6-methyladenosine in messenger RNA, formed through oxidative RNA demethylation, may dynamically modulate RNA–protein interactions to affect gene expression regulation.

Tet-mediated covalent labelling of 5-methylcytosine for its genome-wide detection and sequencing

5-methylcytosine is an epigenetic mark that affects a broad range of biological functions in mammals. The chemically inert methyl group prevents direct labelling for subsequent affinity purification and detection. Therefore, most current approaches for the analysis of 5-methylcytosine still have limitations of being either density-biased, lacking in robustness and consistency, or incapable of analysing 5-methylcytosine specifically. Here we present an approach, TAmC-Seq, which selectively tags 5-methylcytosine with an azide functionality that can be further labelled with a biotin for affinity purification, detection and genome-wide mapping. Using this covalent labelling approach, we demonstrate high sensitivity and specificity for known methylated loci, as well as increased CpG dinucleotide coverage at lower sequencing depth as compared with antibody-based enrichment, providing an improved efficiency in the 5-methylcytosine enrichment and genome-wide profiling.

作者简介:

  何川教授早年毕业于中国科技大学,2000年获麻省理工学院博士学位,2000到2002年在哈佛大学做博士后研究,2002年至今执教芝加哥大学化学系, 是芝加哥大学生物物理动态研究所主任, 北京大学合成与功能生物分子中心主任。

  主要从事化学生物学、核酸化学和生物学、遗传学、细胞生物学、生物无机化学、 结构生物学、微生物学以及基因组学等方面研究。

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