5-羥甲基胞嘧啶是一種修飾的堿基,以低水平存在于哺乳動物的多種細胞類型中。5hmC是TET家族的酶通過氧化5-甲基胞嘧啶產生的。5hmC和TET蛋白都被認為與干細胞和癌癥相關,但是關于5hmC在基因組范圍內的分布,目前仍了解得不多。
日前研究人員開發出兩種新穎而特異的方法,來分析5hmC的基因組定位。一種方法稱為GLIB。GLIB是糖基化、高碘酸氧化和生物素化的縮寫。它主要利用一些酶和化學反應的組合來分離出包含單個5hmC的DNA片段。先利用T4噬菌體β-葡萄糖基轉移酶在每個5hmC上添加一個葡萄糖分子,然后用高碘酸鈉氧化葡萄糖,它將鄰近的羥基轉化成醛基,之后用醛基反應性探針進一步修飾,在每個5hmC上添加兩個生物素分子。第二種方法是通過亞硫酸氫鈉處理基因組DNA,將5hmC轉換成5-亞甲基磺酸胞嘧啶,然后利用CMS特異的抗血清將包含CMS的DNA免疫沉淀。
研究人員對小鼠胚胎干細胞中包含5hmC的片段進行高通量測序。對于GLIB處理的DNA,他們使用了Helicos單分子DNA測序,這種方法不需要擴增步驟,從而避免了PCR偏向。對于CMS富集的基因組DNA,他們使用了Illumina測序儀,其較長的讀長適合亞硫酸氫鹽處理的DNA與基因組的比對。
研究人員發現,片段主要集中在外顯子和轉錄起始位點附近。5hmC尤其集中在啟動子含有組蛋白H3賴氨酸27*基化和組蛋白H3賴氨酸4*基化這兩個標記的基因起始位點。此研究結果表明,5hmC可能在轉錄調控中發揮作用,以及5hmC和5mC有著不同的轉錄作用。5hmC只與“準備就緒”的染色體配置以及在分化中上調的基因相關,因此可能參與了啟動快速激活的位點。
Tet家族基因及5hmC的功能研究也是當前表觀遺傳學領域的研究熱點之一,近期多位華人科學家在這一研究中取得突破性研究成果。研究小組證實Tet1蛋白不僅能調控CpG富集啟動子處的DNA甲基化水平,而且能促進干細胞中與多能性相關的因子的轉錄,以及參與Polycomb靶向的發育調控因子的抑制。
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