《Science》首次报道半甲基化DNA新功能

我们知道，精确的DNA包装压缩影响基因表达。你知道DNA是如何扭成一圈一圈的形状吗？

　　

埃默里大学的生物学家最近在《Science》发表文章，报道了 细胞“半甲基化（hemimethylation）”的具体功能。这篇文章推翻了先前关于半甲基化的猜测理论，拿出证据证明了该进程并非添枝加叶的“随机错误”，而是人类细胞一代一代传递下来的“蓄意而为”。

“将DNA卷成环（loops）的蛋白名叫CTCF，通过这项研究我们发现CTCF蛋白需要半甲基化的DNA，”课题领导Victor Corces教授说。“没人报道过半甲基化的DNA还有这一功能。”

DNA甲基化是通过在DNA双螺旋两条链的特定碱基对上添加甲基，以改变DNA活性，该影响可以通过去甲基化逆转。

当细胞分裂时，DNA也跟着复制，DNA复制前需要先解开双链，子链是母链的复制品。“在细胞分裂过程中，保持相同的DNA甲基化状态很重要，”Corces说。“甲基化模式改变被证明与癌症等疾病关联。”

半甲基化是其中一条链添加一个甲基，而另一条链不加。当一些研究人员观察到半甲基化现象后，他们推测可能是由于观察的时间点位于细胞分裂后和子链完全复制之前。另一种理论是，半甲基化是甲基化过程中的随机错误。

但是，Corces实验室的博后研究员Chenhuan Xu却不这么认为。

他们开发了一种有关DNA甲基化绘图的新实验方法。在这篇《Science》文中，研究人员通过这种方法观察到了人类细胞复制前、中和后整个过程中DNA半甲基化的实时动态。

CTCF蛋白(粉红色)形成的环，染色质纤维(黄色)和染色质上的DNA(蓝色线条)排列其中。

“如果亲代DNA是半甲基化的，子代DNA在相同的基因组位置也是半甲基化的，”Corces说。“这个过程不是随机的，而是从一代延续给下一代。”

研究人员发现，半甲基化只发生在CTCF（参与DNA成环的主要蛋白质）结合位点。

CTCF是染色质的组份之一，它的作用是将DNA折叠并压缩成更致密的形状。越来越多证据表明，DNA的折叠过程不仅是为了让DNA适应细胞核内狭小空间，而且是影响基因正常或失调表达的原因之一。

科学家们还专门开设表观遗传学学科来研究遗传基因功能的可遗传变化，包括染色质折叠等不涉及DNA序列变化的现象。

 “如果人为去掉半甲基化，CTCF就不再参与成环，”Corces说。“半甲基化的作用似乎能让CTCF成环。”

研究人员观察到，当CTCF制作DNA环时，它结合在最前端，向前引领DNA序列。

“过去研究表明，某些疾病与CTCF结合相关障碍有关，比如CTCF蛋白本身突变，或与之结合的DNA序列突变，”Corces说。“如今，我们将问题拉回到DNA环和染色质三维组织结构，以及它们如何影响基因表达。”

ATAC-Seq 表观组学研究新利器，详情请咨询>>

原文检索：Nascent DNA methylome mapping reveals inheritance of hemimethylation at CTCF/cohesin sites

（生物通：伍松）