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公司新闻
细胞有丝分裂中DNA甲基化维持的动态过程和相关调控机制
点击次数：744发布时间：2020/7/17 9:40:46
中国科学院生物物理研究所朱冰实验室的研究解析了细胞有丝分裂中DNA甲基化维持的动态过程和相关调控机制，并发现DNA甲基化维持效率在不同的特征序列环境上有着微小的差异。因此在衰老和肿瘤发生过程中会因为细胞分裂次数的累积而导致特定区域甲基化的选择性丢失。
这项工作首先建立了研究DNA甲基化动态维持过程的新方法Hammer-seq。此方法结合了EdU（胸腺嘧啶类似物）标记新合成DNA链、点击化学反应在EdU位点添加biotin标签、Streptavidin免疫沉淀以及Hairpin亚硫酸盐全基因组甲基化测序等技术。Hammer-seq可以测定单个DNA分子内新旧CpG的甲基化状态，从而不仅可以测定甲基化的维持速率，还可以测定维持中可能伴随发生的从头甲基化事件。
研究发现，DNA甲基化可以在复制叉经过后数分钟内迅速恢复到较高的水平，说明存在一个复制偶联的快速维持阶段；而另一方面，即使复制叉经过后数小时，甲基化维持仍然在进行，说明同时存在一个复制非偶联的缓慢维持阶段。
结合Hammer-seq和系统性地突变DNA甲基化维持可能相关的各种蛋白因子，这次研究解析了调控复制偶联和非偶联阶段甲基化维持的相关机制。其中，DNMT-PCNA以及UHRF1-LIG1的相互作用促进了复制偶联阶段甲基化的快速维持，UHRF1-H3K9me2/3的相互作用促进了复制非偶联阶段的甲基化维持速率，核小体的存在本质上则会减缓复制非偶联阶段的甲基化维持速率，而LSH相对特异地促进复制晚期区域的复制非偶联阶段的甲基化维持速率。
同时，当复制偶联阶段的甲基化维持受到了破坏，甲基化可以在复制非偶联阶段得到很大程度的维持，说明复制非偶联阶段保留了很强的甲基化维持能力。另外，甲基化CpG密度高的区域，不仅具有较高的甲基化维持速率，其从头甲基化发生频率也较高。
衰老和肿瘤发生中均会发生大规模的甲基化丢失，但机制不明。结合分析Hammer-seq的数据，发现衰老和肿瘤发生中甲基化丢失的CpG位点表现出较低的甲基化维持速率和从头甲基化频率。这一结果提示，甲基化维持系统内在的不完美，可能造成一些不易维持的CpG位点在不断的有丝分裂中逐渐丢失甲基化，这或许是衰老和肿瘤中甲基化丢失的重要的机制。
