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    表观遗传(chuán)大牛何(hé)川一(yī)路高歌,继Cell后再登Nature,在表观(guān)遗传(chuán)领域又取得新突破

    source:TIME:2018-11-02 13:21:45分享到:

    iNature

    美国作家丹尼尔·凯斯在他最著名(míng)的作品之一《献给(gěi)阿尔吉侬的花(huā)束》中,描述了智商(shāng)低下(xià)的查(chá)理,通过手术成为了天才(cái)的故事,文中“阿尔吉(jí)侬”是(shì)一只(zhī)与查理接受了同样手术的(de)小鼠。现在,科学的研究似(sì)乎(hū)要(yào)将这部(bù)科(kē)幻小说的(de)故事变成(chéng)现实。2018年10月31日,Nature刊登了上海科技大学(xué)周涛团队(duì)、芝加哥大学(xué)何川团(tuán)队以及美国宾夕法(fǎ)尼亚(yà)大学宋红军(jun1)团队的(de)学术论文(wén)《m6A facilitates hippocampus-dependentlearning and memory through YTHDF1》,文章论述了m6A对(duì)学习和(hé)记忆的作用。iNature盘点(diǎn)发现,在短短的一年,何(hé)川在Cell,Mol Cell,Cell Research等杂志上发表(biǎo)了7篇关于m6A的文(wén)章(zhāng),在此,我(wǒ)们特将何川研究团(tuán)队的这些文章(zhāng)总结于(yú)此。


    何川



    1Nature:m6A通过YTHDF 1促进海马(mǎ)依赖性学(xué)习和记忆


    N6-甲基腺苷(gān)(m6A)是哺乳动物信使RNA上(shàng)最普遍的内部RNA修饰,通过m6A特异性(xìng)结合蛋白调(diào)控(kòng)修饰转录的目的和功能。在神经系统中,m6A数(shù)量丰富,功能多(duō)样(yàng)。在之前的研究中人们得知,m6A标(biāo)记不同(tóng)生理过程中协调降解的mRNAs组(zǔ),但是,在(zài)体内m 6A和mRNA翻译的相关性仍然是未知的。


    本(běn)文中,研究人员发现,通(tōng)过结合(hé)蛋白(bái)YTHDF 1,m6A促(cù)进成年小鼠海马体神(shén)经(jīng)元刺激反(fǎn)应的转录的(de)蛋白翻译,从而促进学习和记(jì)忆(yì)。敲除Ythdf 1基因的(de)小鼠(shǔ)显示学习和记忆缺陷以及海马突(tū)触(chù)传递受损。YTHDF 1在成年Ythdf 1-敲除小鼠海马(mǎ)体中的再表(biǎo)达,可以修复行为和突触缺陷,而海马(mǎ)体上特异性精确敲除Ythdf 1METTL 3(其编码了m6A甲(jiǎ)基(jī)转(zhuǎn)移酶(méi)复(fù)合(hé)物中的催化组分)则重现为海马体缺乏症。海马体上mRNAs的YTHDF 1结(jié)合(hé)位(wèi)点和(hé)m6A 结合位点确定了关键的神经(jīng)元基因。新生蛋白标记和海马体神经元系(xì)绳(shéng)报告试验(yàn)表明,YTHDF 1以神经元刺激依赖(lài)的方式(shì)促进蛋白质合(hé)成。总之,YTHDF 1有(yǒu)助于翻译m6A-甲(jiǎ)基化神经元(yuán)mRNAs对神经元刺(cì)激的反应(yīng),这(zhè)一过程(chéng)有助于学习和记忆(yì)。



    高表达YTHDF1(AAV-YTHDF 1)和(hé)对(duì)照(AAV-对照)的AAV结(jié)构示意图。


    研究证明(míng),YTHDF 1的缺(quē)失损害了海马体突触的基础传递和LTP。YTHDF 1的(de)存在可以加速新的蛋白质合成,这是(shì)突触可塑性和(hé)记忆(yì)形成的长期(qī)变化所必需的;Ythdf 1-KO小鼠,刺激依赖的蛋白质合成减弱,导(dǎo)致突触强化效率较(jiào)低,达到(dào)记忆形成阈值的可能性较低。m6A对(duì)翻译的(de)促进作用可能(néng)是通过(guò)刺激诱导,如(rú)文中对YTHDF 1的(de)作用(yòng),这可能代表RNA甲基(jī)化依赖的翻译调节的一个重要方面。


    原文链接:

    https://www.nature.com/articles/s41586-018-0666-1




    2Cell Research:A dynamic N6-methyladenosinemethylome regulates intrinsic and acquired resistance to tyrosine kinaseinhibitors


    白血病(bìng)是一种侵(qīn)袭性(xìng)恶性肿瘤,通常与激活受体酪氨酸激(jī)酶(RTKs)突变(biàn)有关,包括BCR / ABL,KIT和FLT3等。许多(duō)针对这些突变的酪(lào)氨酸激酶抑制(zhì)剂(TKIs)已进入临床,但迅速获得对TKIs的抵抗是(shì)成功治疗白血病的主要障碍(ài)。最常被引(yǐn)用的机制是获(huò)得性药(yào)物抗性突变,其(qí)损害药物结合或(huò)绕过(guò)抑制的RTK信号传导。然而,这不足以揭示(shì)药(yào)物暴(bào)露后TKI耐药性的出现相(xiàng)对迅速的情况。在“药物假期”之后,抗(kàng)性表(biǎo)型是可逆的。许多具(jù)有抗性的(de)患者也仅(jǐn)表(biǎo)达天(tiān)然激酶(例如,BCR / ABL)或已(yǐ)经激活平行途径,涉及癌基因的过度简化(例如(rú),BCL-2,BCL-6,AXL和MET)。


    事实上,最近的研究(jiū)结果已(yǐ)经将获得性TKI耐(nài)药性与肿(zhǒng)瘤内的细胞异质(zhì)性和表观基因组(zǔ)构型的(de)动(dòng)态变异联(lián)系起来。据推测,异质性肿瘤细胞群中不同的(de)表(biǎo)观遗(yí)传模式可以在细胞(bāo)命运(yùn)决定基因的表达(dá)中产生多样性。通(tōng)过药物选择可以迅速发展。然(rán)而,TKI抗性中关键表(biǎo)观遗传事件的描述(shù)远(yuǎn)未完成。


    N6-甲基腺(xiàn)苷(m6A)是哺乳(rǔ)动(dòng)物mRNA最常见的上皮转录组修饰(shì).14,15,16它由(yóu)甲基转移酶复合物(如METTL3-METTL14)安装,可被去甲基化酶清除(如FTO和ALKBH5)。虽(suī)然任(rèn)何特定(dìng)m6A残基的确(què)切(qiē)作用尚(shàng)不清楚,但21个丰富的证(zhèng)据(jù)支持m6A甲(jiǎ)基化,一(yī)般(bān)来说(shuō),严格调节mRNA稳定性,剪接(jiē)和(hé)/或蛋白质翻译,从而影响(xiǎng)基因表(biǎo)达。一致(zhì)地,沉默m6A甲基(jī)转移酶(例如,IME4,METTL3的酵母直向(xiàng)同(tóng)源物)或FTO的敲低改(gǎi)变m6A丰度,重新建(jiàn)模(mó)基因表达谱和(hé)/或转录物的可变(biàn)剪接模式。


    尽管最近关于(yú)角色的工作m6A在各种(zhǒng)生(shēng)物学过程中的作(zuò)用,m6A甲基化是否(fǒu)以及如(rú)何调(diào)节TKI选择下的细胞命运决定仍然未知。我们假设,暴露于TKI后,m6A甲基化的可逆性质使得携带m6A位点的一组(zǔ)增(zēng)殖(zhí)/抗凋亡(wáng)癌基因上调,从而帮助细胞亚群逃避TKI介(jiè)导的杀伤。为了测试这一点,我们模拟并表征了不同白血病(bìng)模型中的TKI抗性,并直(zhí)接在白血病(bìng)细胞的转录组中定位m6A。我们的研究结果表明,内在和诱导型FTO-m6A轴作为表征白血(xuè)病细胞异质性的新标记,以及白血病细胞产生TKI抗性表型的广泛防御机制。我们的(de)发现确定了针对FTO-m6A轴预防/根除获得(dé)性TKI耐药性的可行性(xìng)。


    研究人员的研究结果(guǒ)显示在酪氨酸激酶(méi)抑(yì)制剂(TKI)治疗期间(jiān)开发抗性表型取决于白血病(bìng)细胞中(zhōng)FTO过表达导致的m6A减(jiǎn)少。这种失调的FTO-m6A轴预先存在于幼(yòu)稚细(xì)胞群中,这(zhè)些细胞群具有遗传(chuán)同质性,并且响应TKI处理是(shì)可诱(yòu)导/可(kě)逆的(de)。具有mRNAm6A低(dī)甲基化和FTO上(shàng)调的细胞在小鼠中表现出更高的TKI耐受性和更高的生(shēng)长速(sù)率。通过FTO失(shī)活的m6A甲基化的遗传或药(yào)理学恢复使(shǐ)得对TKI敏(mǐn)感的抗性细胞。


    从机(jī)制上讲,FTO依赖性m6A去甲基化增强(qiáng)了携(xié)带m6A的增(zēng)殖/存活(huó)转录物的mRNA稳(wěn)定性,并随后导致蛋白(bái)质合成增加。我们(men)的研究(jiū)结果确定了(le)m6A甲基化在调节细胞命运决(jué)定中的(de)新功能(néng),并证明(míng)动(dòng)态m6A甲基化组是可逆TKI耐(nài)受(shòu)状(zhuàng)态的额外表观遗传驱动因(yīn)子,为癌症中的耐(nài)药性提供了机制(zhì)典(diǎn)型范例。





    3Cell:m6A可以控(kòng)制哺乳动物的皮质神经元的发(fā)生



    由Mett13 / Mett14甲基转移(yí)酶复合物(wù)催化产(chǎn)生的N6-甲基(jī)腺苷(gān)(m6A)是(shì)最普遍的mRNA内部修饰。 m6A是(shì)否调节哺乳(rǔ)动物的大脑发育是未知的(de)。在(zài)这里,我(wǒ)们显示胚胎小鼠脑中Mettl14敲除下,m6A缺失,延长了神经胶质细胞的细胞周(zhōu)期,并将皮质神经发生延伸到(dào)出生后阶段;通过(guò)Mettl3敲除,也(yě)得到了(le)类(lèi)似的现象。胚胎小(xiǎo)鼠(shǔ)皮层的m6A测序显(xiǎn)示,m6A主要富集在转录因子,神经发生,细胞周期和神经元分化的mRNA中,m6A标记促进其衰老。进一步(bù)的分析发现皮质神经干细胞(bāo)中以前未(wèi)被认(rèn)可的转录模式中,m6A信号也调节前脑组织(zhī)中(zhōng)的人皮(pí)质神(shén)经发(fā)生。小鼠与人类(lèi)皮(pí)质神经(jīng)发生之间的m6A-mRNA全基(jī)因组的比较,揭示(shì)了人特异性m6A标记的转录本与脑障碍风险(xiǎn)基因相关。



    亮点(diǎn)


    • m 6 A缺(quē)失(shī),导致皮质神经原(yuán)始细胞的细胞周期(qī)延长;

    • 经过比较小鼠及人类(lèi)的m 6 A图谱,呈现出保守及独特性;

    • m 6 A促进(jìn)标记的(de)神经发生相关的转录本被延迟降(jiàng)解;

    • 转(zhuǎn)录本的提前印(yìn)记对于神(shén)经元的(de)发(fā)生(shēng)是必(bì)需的(de)。




    4Molecular Cell :FTO在细胞核和细胞质中介(jiè)导(dǎo)的差异m6A,m6Am和m1A去甲基化



    已经提出脂肪量和肥胖相关蛋白(FTO)通过(guò)全(quán)基因组关联研究(GWAS)与人类肥胖相关(guān)联。已显示FTO的遗(yí)传(chuán)变(biàn)异(yì)与食物摄入增加有(yǒu)关,而FTO中的功能(néng)丧失突变(biàn)导致严重的(de)生(shēng)长迟(chí)缓和CNS缺(quē)陷。


    由于这些有趣的(de)表型,已(yǐ)经(jīng)广泛(fàn)致力于鉴定底物和(hé)理解FTO的生物学功能。FTO被鉴定为第(dì)一种RNA去甲基化酶,其在(zài)体外和细胞中催化mRNA中N6-甲基腺苷(m6A)甲基化的逆转。 m6A是(shì)哺乳动物(wù)mRNA中最丰富的内部修饰。已知(zhī)m6Am的(de)m6A部分是FTO的体(tǐ)外(wài)底物(wù),最近的研究表明(míng)m6Am通(tōng)过阻止DCP2介导的脱帽和(hé)microRNA介导的mRNA降解来稳定(dìng)mRNA。然而,FTO去除m6Am的功能(néng)相关性尚未(wèi)得到充分(fèn)探索。


    在该项研究(jiū)组(zǔ)中,何(hé)川研究组证实FTO可以从纯化的多腺苷酸化RNA中(zhōng)有(yǒu)效地去甲基化m6A和m6Am。何川研究组发现细胞核和细胞(bāo)质中(zhōng)的FTO定位在(zài)细胞类型之间变化,并且FTO在细胞(bāo)核(hé)和细胞(bāo)质中(zhōng)具有不同的(de)底物库。何川研究(jiū)组进一步鉴定(dìng)了FTO的其他RNA底物,包括tRNA中(zhōng)的N1-甲(jiǎ)基(jī)腺(xiàn)苷(m1A),U6 RNA中的m6A,以及小核(hé)RNA(snRNA)中的(de)内部(bù)和帽m6Am。该研究提供了(le)迄今为止(zhǐ)FTO介导的RNA去甲基化的最全面的(de)景观。它揭(jiē)示了由(yóu)FTO介导的核与细胞质去甲基化(huà)所赋予的先前未被(bèi)认可的空间调(diào)节,其对靶(bǎ)RNA发挥不同的作用。




    5Nature cell biology:m6A mRNA甲基化是(shì)子(zǐ)宫内(nèi)膜(mó)癌的致癌机制



    N6-甲基腺苷(m6A)是(shì)人类(lèi)最(zuì)普遍的信使RNA修饰形式。这种修(xiū)改是可逆的,其生(shēng)物学效应主要是(shì)通过“写入”、“橡皮”和“读取(qǔ)”蛋白来介导的。所谓的“写入”复合物,核心部分为METTL3–METTL14 m6A甲基转移(yí)酶,还(hái)包括(kuò)其他调控因(yīn)子亚单(dān)元,作用是催化m6mRNA甲基化。至少有(yǒu)两种橡(xiàng)皮擦酶FTO和ALKBH 5介导(dǎo)了甲(jiǎ)基化的(de)逆反应。m6甲基(jī)化(huà)的转(zhuǎn)录被读取器蛋白质锁识(shí)别(bié),该(gāi)蛋白可以调节mRNA前处理、翻译和退(tuì)化。在哺乳(rǔ)动物中,m6A依赖(lài)的mRNA调节是必不可少的。m6A甲(jiǎ)基化的缺陷(xiàn)影响(xiǎng)很多的生物过程。特别的是,m6A mRNA甲基化通(tōng)过影响细胞分化过程中mRNA的转换而(ér)调节干细胞的(de)自我更新和分化,并在胚(pēi)胎发育过程中对转录(lù)组的转换起重要作(zuò)用。与这些作用一致,m6A mRNA甲基化是一种影响多种(zhǒng)癌症发生和发展的途径。


    m6mRNA甲(jiǎ)基(jī)化对干细胞和癌细胞生长和增殖有着重(chóng)要影响。不过,m6A甲基化如何影(yǐng)响(xiǎng)细胞(bāo)生(shēng)长,哪些基础(chǔ)途径(jìng)和机制介导这些变化仍(réng)未完全阐明。本(běn)文研究子宫内膜癌中的这个问题(tí),其中测序研究发现了m6A甲基转移酶亚基METTL 14的频(pín)繁突变。研究(jiū)人员(yuán)发现(xiàn)与对应的正(zhèng)常子宫(gōng)内膜相比,约有70%的子(zǐ)宫内膜肿瘤细胞中m6A甲基化(huà)有减少的趋(qū)势。这(zhè)些减少的m6A甲(jiǎ)基(jī)化可能是由METTL 14的突变或降低METTL 3甲(jiǎ)基转移酶的表达。通过METTL 14突变或METTL 3下调,降低m6A mRNA在子宫内膜癌细胞中的水平,可(kě)促进(jìn)体(tǐ)外和活体(tǐ)细胞增殖和致瘤性。子宫内膜(mó)癌患者(zhě)肿(zhǒng)瘤和细胞(bāo)系的m6A -seq特征显示m6A mRNA甲基化可以通过改变(biàn)影响AKT信号通路的关(guān)键酶的表(biǎo)达来促进细胞增殖(zhí)。抑制AKT活化可以逆转m6A甲基化减(jiǎn)少引起的增殖增加。这些结(jié)果共同表明了m6A mRNA甲(jiǎ)基化为(wéi)子宫内膜癌的(de)致癌机制,m6A甲基化可以作为(wéi)AKT信号调节因子。

    正常子宫(gōng)内膜(左(zuǒ))和子宫内膜癌(右)


    这些发现(xiàn)可(kě)能适用于(yú)子宫内(nèi)膜癌以外由AKT信(xìn)号增强(qiáng)所导致的其他癌(ái)症。其他类(lèi)型(xíng)可以通过AKT激活的肿瘤(liú)可以利(lì)用异常的RNA甲基化来(lái)获得生存和生长(zhǎng)优势。事实上,也有其他研究观察到干细胞和(hé)癌细胞的增殖随着m6A甲基化的减少而增加。当这篇论文被(bèi)审查时(shí),据报道,m6A甲基化会影响AML中(zhōng)AKT的(de)活(huó)性,以及肾细胞癌30T细胞分(fèn)化。虽然本文的结果表明m6A甲基化促进子宫内膜肿(zhǒng)瘤(liú)发生,其他癌症也与(yǔ)METTL 3高表(biǎo)达和m6A甲基化增加有关,也可能涉及不同的机制(zhì)。然而,我们(men)的(de)结果表明,通过m6A甲(jiǎ)基化调节AKT的活性,可能是一种影响一系列其他(tā)生物过程(chéng)的(de)一般生(shēng)长控(kòng)制机制,这将是未来探索的(de)一个新方向。




    6Molecular Cell:Zc3h13调(diào)节核RNA m6A甲基化和小鼠胚(pēi)胎干(gàn)细胞自我(wǒ)更新



    基因表达调(diào)控是生命活动的核心事件(jiàn)之(zhī)一。RNA化学修(xiū)饰是(shì)基因表达调控(kòng)的重要手段。RNA m6A修饰广泛存在(zài)于病毒、细(xì)菌、单细胞(bāo)生(shēng)物(wù)和酵母等(děng)多(duō)个物种中(zhōng),是真核生物mRNA上发生(shēng)最为(wéi)广(guǎng)泛的内部(bù)化学修(xiū)饰。


    Zc3h13与WTAP,Virilizer和Hakai互作


    RNA m6A修饰参与调节mRNA稳定性、剪(jiǎn)接(jiē)加工、转运以及翻译等一系列mRNA加(jiā)工代谢过程,对mRNA的(de)命(mìng)运决定发挥重(chóng)要作用。越来(lái)越多的科(kē)学证据显示mRNA m6A修饰在(zài)细胞分(fèn)化、生物个体(tǐ)发(fā)育及癌症(zhèng)疾病(bìng)发生等一系列(liè)生命过(guò)程(chéng)中具有重要(yào)作用,成为近年来(lái)表观转录组学的研究热点之一。


    Zc3h13调节mESCs中的mRNA m6A


    哺乳动物细(xì)胞中约25%的mRNA有m6A修(xiū)饰,围绕该修饰的甲基转移酶复合物、去甲基转移酶和(hé)识别蛋白(bái)的研究较(jiào)多,但(dàn)是参(cān)与该修(xiū)饰的调控蛋白以及该(gāi)修饰的位点特异性调(diào)控机制依然不完全(quán)清楚。在该论文(wén)中,研究(jiū)者报(bào)道了(le)Zc3h13是一个调控RNA m6A修饰(shì)的新成(chéng)员。研究发现,在小鼠胚胎(tāi)干细胞中抑制Zc3h13表达导(dǎo)致mRNA m6A水平显著(zhe)降低,且这些下降(jiàng)的m6A主要发生(shēng)在mRNA的3’端非编码区域。


    Zc3h13控制WTAP,Virilizer和(hé)Hakai的核定位


    此前,有报道显示Zc3h13存在于一个(gè)进(jìn)化(huà)上保守的复合物Zc3h13-WTAP-Virilizer-Hakai之中。研究者在(zài)探讨Zc3h13对(duì)m6A调控的分子(zǐ)机(jī)制研(yán)究中发现Zc3h13对m6A的(de)调节是(shì)通过(guò)控制复合物成员WTAP/Virilizer/Hakai的细胞(bāo)定位而发(fā)生作用的(de)。抑制(zhì)Zc3h13表达导致(zhì)复合物成员WTAP、Virilizer及Hakai蛋白发生由细(xì)胞(bāo)核向细胞质的转移(yí),同(tóng)时(shí)伴随甲(jiǎ)基转(zhuǎn)移酶Mettl3和Mettl14蛋(dàn)白核内组分的减少,从而抑制m6A的形成。


    Zc3h13丧失损害(hài)mESC自我更新


    有意思的是,在细胞中(zhōng)敲低WTAP、Virilizer和(hé)Hakai,Zc3h13的核(hé)内定(dìng)位并不受影(yǐng)响,这提示了Zc3h13在该复合(hé)物的细(xì)胞(bāo)定位中具有(yǒu)独特的作(zuò)用(yòng);同时,也为揭示m6A 修饰(shì)的特异调控机制提供了线索。此外,研究者还发现敲低Zc3h13会损害小鼠胚胎干细(xì)胞的自我(wǒ)更(gèng)新(xīn)潜能并促进细胞(bāo)的分化,为m6A途径调节小鼠胚(pēi)胎干细(xì)胞的(de)多(duō)潜能性提供了进(jìn)一(yī)步的证据和线索。


    文章模型


    复旦大学刁(diāo)建波副(fù)研(yán)究员、施扬教授(shòu)、石雨(yǔ)江教授和芝加哥大学何(hé)川(chuān)教授为论文的共同通讯作者(zhě)。复旦大学生(shēng)物医学研究院博士研究(jiū)生温(wēn)菁、吕(lǚ)瑞途和博士后马红(hóng)辉为(wéi)论文的(de)共同(tóng)第(dì)一作者。




    7Cell Research:5-羟甲基(jī)胞嘧啶在循环无(wú)细胞DNA中的特征是人类癌症的诊断生物标志物



    DNA修(xiū)饰如5-甲基(jī)胞嘧啶(5mC)和5-羟甲基胞嘧啶(dìng)(5hmC)是已知影响哺乳动物基因表达的表观遗传学标记。鉴于它们在人类基因(yīn)组中的广泛分布特性,与(yǔ)基(jī)因表达密(mì)切相关和高度(dù)的化学稳(wěn)定性,这些(xiē)DNA表(biǎo)观遗传标记(jì)可以作为癌症(zhèng)诊断的(de)理想生物标(biāo)志物。利用(yòng)高度敏感和选择(zé)性的化学标记技术,何川等人(rén)在这里收集了最近诊断患有(yǒu)结直肠癌,胃癌(ái),胰(yí)腺癌,肝癌(ái)或甲状腺(xiàn)癌的患者和来自90个健康(kāng)个(gè)体的(de)正常组织样品,进行对循(xún)环(huán)无细胞DNA(cfDNA)5hmC分(fèn)析。


    去甲基化(huà)过程(chéng)

     发现5hmC主要分布(bù)在转录活性区域,与开放的染(rǎn)色质和(hé)活性组蛋白修饰相一致(zhì)。在cfDNA中鉴定出可靠的癌(ái)症相关的5hmC标签,这是特定癌症类型的特征(zhēng)。基于5hmC的循环cfDNA生物(wù)标志物对结(jié)肠(cháng)直肠(cháng)癌和胃癌具(jù)有高度预测性,优于常(cháng)规生物标志物,与(yǔ)来自组织活检(jiǎn)的(de)5hmC生物标志物相当。因此(cǐ),这(zhè)种新(xīn)的策略可以导致从血液样本的分(fèn)析中发展(zhǎn)有效的,微(wēi)创的癌症诊断和预后(hòu)方法。


    癌细胞释放DNA到血液


    胞嘧啶甲基化(形成(chéng)5-甲基(jī)胞嘧啶,5mC)是影响基因表(biǎo)达的公认(rèn)的表观遗传学修饰【1,2】。 DNA的5mC重构(gòu)在哺乳动物(wù)发育和细胞分化以及癌症发(fā)生,进展(zhǎn)和治疗反应过程(chéng)中(zhōng)广(guǎng)泛使(shǐ)用【3,4】。哺乳(rǔ)动(dòng)物基因组中(zhōng)的活性去甲(jiǎ)基化(huà)是由将5mC修饰(shì)氧化(huà)为(wéi)5-羟甲基胞嘧啶(5hmC)【5,6】,以及进(jìn)一步转化为5-甲(jiǎ)酰(xiān)基胞嘧(mì)啶(5fC)和5-羧基胞嘧啶(5caC)的(de)TET家族(zú)的双加氧(yǎng)酶完成【7,8,9】。 “中间”5hmC不仅标志(zhì)着活跃的去甲基化,而且还(hái)是一个相对稳定的(de)DNA标(biāo)记,具有不同的表观遗传角(jiǎo)色【2,10-15】。 5hmC在(zài)各种哺乳动物细(xì)胞(bāo)和组织中最近的全基(jī)因组测序图谱支持其作为基因表达的标记的作用【16-21】;它(tā)在增强子,gene body和启(qǐ)动子富集(jí),5hmC的(de)变化(huà)与基因表达水平的变(biàn)化(huà)相关【22,23】。


    高通量测序


    来(lái)自循环血液中不同组织的无细胞(bāo)DNA(cfDNA)的发现对临床具有革(gé)命性的潜(qián)在应用(yòng)【24】。基于液体活检的生(shēng)物(wù)标志物和检测工具与现有的诊断和(hé)预(yù)后方法(fǎ)相比具有显著的优势,包(bāo)括微创。因此(cǐ),他们具有成本效益的潜力,可以(yǐ)促进更高(gāo)的患者依从性和临床(chuáng)便利性(xìng),从而实(shí)现动态(tài)监测【25】。


    人类癌症的cfDNA中(zhōng),检测5hmC的生(shēng)物标志物


    肿瘤相关的cfDNA体细胞突变已经(jīng)显示与肿(zhǒng)瘤组织共享(xiǎng),尽(jìn)管低的突变频率和缺(quē)乏来源组(zǔ)织的信息(xī)阻(zǔ)碍了检测的(de)敏(mǐn)感性。 5mC和5hmC来自(zì)液体活(huó)组织检查的cfDNA可以作为平行或(huò)更有价值的生物标(biāo)志物,用于人类疾病的(de)非侵入(rù)性(xìng)诊断(duàn)和预后,因为它们概括了相关细胞(bāo)状态(tài)中的基(jī)因表达变化(huà)。如果可(kě)以灵敏地检测这(zhè)些(xiē)胞(bāo)嘧啶修(xiū)饰模式,则可以鉴定疾病特异(yì)性(xìng)生物标志物,用于(yú)早期(qī)的肿瘤检测,诊(zhěn)断和预(yù)后(hòu)。


    5hmC在癌细胞的差异化富集


    高通量测序是检测全基因组胞(bāo)嘧啶(dìng)修饰模式的理想平台(tái)。全基因组亚硫酸氢(qīng)盐测序(xù)或替代方法已(yǐ)应用于生物标志物(wù)研究(jiū)【26-28】。组织(zhī)和癌症(zhèng)特异性(xìng)甲基化位点(diǎn)在跟踪来自循环血的来源组织中,表现出有希望(wàng)的潜力。然而,5mC主要作为(wéi)人(rén)类基因组中高(gāo)背景水平的抑制(zhì)性标记,并(bìng)且其(qí)用亚(yà)硫酸氢(qīng)盐处理的(de)测序一(yī)直受(shòu)到广泛的DNA降解。利(lì)用(yòng)羟甲基的(de)存在,选择性化学标(biāo)记可(kě)应(yīng)用于使用低水平(píng)的DNA以(yǐ)高灵敏度(dù)检测5hmC。在这里,何川等研究组(zǔ)建立了5hmC临床诊断技术,用于cfDNA 5hmC分析。显(xiǎn)示显(xiǎn)示cfDNA的5hmC差异富集,是实(shí)体(tǐ)瘤的优秀标记。


    胰腺癌5hmC分布状况


    癌(ái)症(zhèng)cfDNA的动态在很大程(chéng)度上(shàng)还不清楚。在简(jiǎn)化的模型情况下,肿瘤组织的(de)gDNA被释放到血(xuè)浆中并且经(jīng)历降解(jiě),达到与(yǔ)来自(zì)正常健康组织的背景cfDNA类似的平衡。基因座特异性5hmC修饰似(sì)乎是5hmC水平的主要决(jué)定因素,具有组织特异性,然后癌症状态增加额外的(de)变化层。这些组织,以及(jí)在较小的程度上肿瘤(liú)组(zǔ)织(zhī)释放的(de)DNA中的(de)癌症特(tè)异性信号,略微改变背景血浆cfDNA的5hmC修饰谱(pǔ)。从(cóng)肿瘤组织(zhī)中释放的(de)cfDNA越多,转移越大,给(gěi)区分肿瘤来源的生物学和(hé)临床变化(huà)提供了更大的能力。因此,整合来自不同组织类型(xíng)的gDNA的(de)5hmC概况,以实(shí)现对癌症生物标志物(wù)的疾病特异性的未来(lái)评估(gū),将(jiāng)是至关重要的(de)。


    胃(wèi)癌中5hmC分布状况


    此外,实体瘤由癌干(gàn)细胞和癌细胞组成,在由白细(xì)胞,间充(chōng)质细胞和细胞(bāo)外基质构成的微环境中。肿瘤(liú)进展启动了以缺氧和血管形成为特征的(de)局部环境的变化梯度(dù)。在生长的肿瘤及其周围的细胞内,可能存在(zài)广泛的变异性,使得某些类型的细胞倾向于凋亡并(bìng)将DNA释放(fàng)到循(xún)环中。


    血浆cfDNA中(zhōng)观察到癌症相关5hmC变化(huà)的起源


    何(hé)川(chuān)等研究组预计在血浆(jiāng)cfDNA中观(guān)察到(dào)的5hmC的癌症相关变化是由(yóu)肿(zhǒng)瘤组(zǔ)织内或周围的不(bú)同组细胞贡(gòng)献的(de)。肿(zhǒng)瘤相(xiàng)关组(zǔ)织(zhī)的单细胞或细胞(bāo)类(lèi)型特异性5hmC分析和(hé)使用适当的细(xì)胞类型标记物,将(jiāng)揭示这些修饰的细胞特异性的程(chéng)度和分布,并进一步阐明有助于在血浆cfDNA中观(guān)察到(dào)癌症相关的5hmC变化。这是这个学(xué)科(kē)所要达到的意图(tú),同时也是未来的发展(zhǎn)方向。



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