Science：任性！基因组中的一些CpG故意地发生半甲基化

导读：

在一项新的研究中，来自美国埃默里大学的Chenhuan Xu和Victor Corces发现基因组中的一些CpG位点能够故意地而不是偶然地发生半甲基化（hemimethylated）。相关研究结果发表在2018年3月9日的Science期刊上，论文标题为“Nascent DNA methylome mapping reveals inheritance of hemimethylation at CTCF/cohesin sites”。

图片来自Christoph Bock, Max Planck Institute for Informatics。

在一项新的研究中，来自美国埃默里大学的Chenhuan Xu和Victor Corces发现基因组中的一些CpG位点能够故意地而不是偶然地发生半甲基化（hemimethylated）。相关研究结果发表在2018年3月9日的Science期刊上，论文标题为“Nascent DNA methylome mapping reveals inheritance of hemimethylation at CTCF/cohesin sites”。在这篇论文中，这两名研究人员描述了他们对DNA甲基化和在DNA复制后子链中的半甲基化DNA命运的研究。日本综合医学科学中心发育遗传学小组的Jafar Sharif和Haruhiko Koseki针对这项研究在同期Science期刊上发表了一篇观点类型的标题为“Hemimethylation: DNA's lasting odd couple”的论文。

DNA甲基化（甲基添加到DNA分子上）是一种修饰，用于调节植物和动物中的基因转录、胚胎发育和细胞分化。在动物（特别是哺乳动物）中，甲基化对称性地发生在CpG二核苷酸上，这导至CpG组分上相应的胞嘧啶碱基发生甲基化。但是，正如这两名研究人员指出的那样，这个过程在DNA复制过程中停止了，在这段时间内，一条未甲基化的子链和一条甲基化的母链一起工作，从而产生半甲基化的CpG二联体。此时的DNA就被称作半甲基化的DNA（hemimethylated DNA）。

之前的研究已表明这种半甲基化的DNA通常倾向于发生完全甲基化，或者在某些情况下通过稀释而发生去甲基化。但是，大约10％的滋养层细胞或胚胎干细胞仍然保持半甲基化。在此之前，这是出于简单的偶然性还是有其他的过程在发挥作用一直是个谜。在这项新的研究中，这两名研究人员发现至少有一些半甲基化的事件是故意发生的。再者，他们发现半甲基化的事件是遗传性的而且是在几次细胞分裂过程中发生的。

为了更多地了解关于这个过程的信息，这两名研究人员绘制出三类DNA甲基转移酶（DNA methyltransferase, DNMT）靶向的DNA甲基化组（methylome），这显示了DNMT和子链中的胞嘧啶之间发生一些相互作用。他们还证实在多能性细胞的相互作用位点上，CpG半甲基化具有遗传性。更具体地说，他们发现在DNA复制过程中，在复制叉处，半甲基化的DNA被UHRF1（一种读取蛋白）结合，此后，DNMT1经招募后用于将半甲基化的CpG转化为对称性甲基化。这会重新恢复DNA复制之前存在的原始的对称性甲基化。他们还发现DNMT1结合的新生DNA片段绝大部分是半甲基化的。这提示着半甲基化实际上可能起着稳定染色质相互作用的作用。

参考文献：

Chenhuan Xu, Victor G. Corces. Nascent DNA methylome mapping reveals inheritance of hemimethylation at CTCF/cohesin sites. Science, 09 Mar 2018, 359(6380):1166-1170, doi:10.1126/science.aan5480

Jafar Sharif, Haruhiko Koseki. Hemimethylation: DNA's lasting odd couple. Science, 09 Mar 2018, 359(6380):1102-1103, doi:10.1126/science.aat0789