dna甲基化与表观遗传

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1、DNA甲基化与表观遗传（综述）多年来人们一直都很关注经典的遗传物质损伤，主要有基因结构改变(如突变、缺失、插入、倒位、易位及扩增等)及染色体数目的变化等等，但是近年来，另一种与各种疾病和稳态失衡密切相关的机制-表观遗传机制(Epigeneticmechanism)引起人们的高度关注。表观遗传学研究基因表达的变化，这种变化可以通过减数分裂/有丝分裂遗传，并导致基因表达异常，但不涉及有关DNA序列的改变。DNA甲基化是表观遗传学中研究最为深入的一种形式，它具有多方面的生物学意义，DNA甲基化与胚胎正常发育、基因表达调控、雌性个体X染色体失活、寄生

2、DNA序列的抑制、印迹基因及基因组的结构稳定等密切相关。特别是近几年来，在DNA甲基转移酶、DNA甲基化机制、甲基化的转录抑制机理、甲基化与肿瘤的关系及检测方法研究等方面取得了显著进展，DNA甲基化研究正成为肿瘤研究中的一个重要的前沿领域。1.DNA甲基化与CpG岛包括人类的所有脊椎动物，其基因组DNA除包含常见的4种脱氧核苷酸外，还可检测到第五种脱氧核苷酸，即5-甲基胞嘧啶脱氧核苷酸(5mC)，在真菌和无脊椎动物中含量很少。5mC是在DNA复制后由DNA甲基转移酶(或称甲基化酶)催化，以S-腺苷甲硫氨酸为甲基供体，将甲基转移到5’-CG-3

3、’序列的胞嘧啶环5位C上而形成的。甲基化是哺乳动物基因组中最常见的一种DNA结构修饰，也是表观遗传的一种重要机制。哺乳动物基因组中5甲基胞嘧啶的含量约占总胞嘧啶(C)的2-7%，并集中在二核苷酸胞嘧啶(CpG)结构中。CpG位点以两种形式存在，一种为分散于DNA中，CpG二核苷酸每50-100bp出现一个，其中约70％的CpG位点中的胞嘧啶是甲基化的；另一种是CpG结构高度聚集在一起。由于正常胞嘧啶的甲基化产物5-甲基胞嘧啶(5mC)可以脱氨基转换成胸腺嘧啶(T)，于是甲基化的CG序列被TG所取代，这种转换是导致DNA突变的主要原因。因此在进

4、化过程中，随着整个基因组广泛甲基化的出现，DNA序列表现出CG的频率逐渐减少，只占平均几率的20％左右。与此不同，有一小部分序列不发生甲基化修饰，因而也逃避了高发突变的可能性，其CG出现的频率仍保留与平均机率一致，在这样的序列中，胞嘧啶(C)与鸟嘌呤(G)的总和超过四种碱基总和的50％。在这种富含CG的DNA片段中CpG结构高度聚集，被称为CpG岛，通常情况下CpG岛不发生甲基化修饰，其原因目前尚不清楚。CpG岛仅仅占总DNA的1％左右，每一个CpG岛长度约为1-2Kb，位于基因的5’端，覆盖基因启动子及第一外显子。CpG岛在分析基因组结构中

5、占有重要地位。在人类基因组中大约存在着29000-45000个CpG岛，从已知的DNA序列统计发现，几乎所有的管家基因(House-keepinggene)及约占40％的组织特异性基因的5’末端含有CpG岛。若CpG岛发生甲基化，则启动子也被甲基化，称为启动子异常甲基化。CpG岛发生过度甲基化的同时往往伴随着基因组整体的低甲基化(Hypomethylation)。通常情况下，CpG岛不被甲基化，而基因组的其他区域广泛被甲基化修饰，但DNA甲基化及去甲基化是一动态过程，有的CpG岛可以被甲基化，非CpG岛区也可在特定情况下不发生甲基化或发生去甲

6、基化。2.DNA甲基化机制DNA甲基化是一种酶促的化学修饰过程，甲基化模式建立于配子形成期，并在发展过程中发生变化，任何特定细胞DNA甲基化模式的建立都是甲基化、去甲基化动态变化的过程。来自双亲的配子受精后不久，配子DNA中的甲基化几乎全部消失，这种全部去甲基化状态维持到整个囊胚期阶段（Fig.2），大约在植入期发生重新甲基化，大多数的CpG被重新修饰[6]，但在占基因组1％的CpG岛仍保持非甲基化状态，其原因仍不明确。最简单的推测是DNA甲基化酶可能不易催化富含C与G的DNA序列发生甲基化，但这并不能解释为什么CpG岛在特定情况下可以发生甲

7、基化，如雌性哺乳动物体细胞内处于失活状态的一条X染色体中，其CpG岛是甲基化的；另外印迹基因中的CpG岛也是甲基化的。在组织特异性分化过程中，个别基因还发生了局部的去甲基化，使细胞特异性表达的基因在相应组织中处于非甲基化状态。2.1DNA甲基化的模式DNA甲基化反应可以分成两种类型(Fig.3)，一种是两条链均未甲基化的DNA被甲基化，称为从头甲基化[7]。另一种是双链DNA的其中一条链已存在甲基化，另一条未甲基化的链被甲基化，这种类型被称为保留或维持甲基化。只有一条链甲基化的双螺旋DNA也称为半甲基化DNA，是甲基化DNA发生半保留复制后的

8、新产物[8]。2.2DNA甲基转移酶将甲基转移到胞嘧啶环的5位的酶称为DNA甲基转移酶，或称为DNA甲基化酶(DNA-MTase)[9]。在许多真核生物体内都已分离