表观遗传学DNA甲基化PPT专业课件.ppt

表观遗传学,DNA甲基化,1,ASymphonicExample,2,ASymphonicExample,拉尔夫沃恩威廉姆斯(RalphVaughanWilliams)，作于1910,3,Epigeneticdifferences：monozygotictwins,4,内容纲要,一、DNA的甲基化二、真核生物的DNA甲基转移酶三、DNA去甲基化四、DNA甲基转移酶抑制剂,5,一、DNA甲基化(1),1.DNA甲基化：在DNA甲基转移酶(DNAmethyltransferase,DNMTs)的作用下，将一个甲基添加的胞嘧啶的5-碳分子上，形成5-甲基化胞嘧啶(5-methylcytosine)2.胞嘧啶甲基化后产生5-甲基化胞嘧啶能够自发的脱氨基形成胸腺嘧啶(Thymine)：5mC-T3.哺乳动物中，1%的DNA碱基能够发生甲基化修饰4.DNA甲基化的分布：(1)转座子(2)逆转录病毒衍生的重复序列(3)大多数功能基因的编码区,6,一、DNA甲基化(2),1.DNA甲基化的模式：(1)线虫：无甲基化的胞嘧啶(2)果蝇：极少量的甲基化胞嘧啶，识别模式CpT(主要)vs.CpG(极少)(3)哺乳动物：CpG(70%)或者CpNpG2.CpGCytosinephosphateGuanine3.镶嵌的甲基化(mosaicmethylation):基因组中，高度甲基化的部分DNA序列被大的非甲基化DNA序列所分隔开4.难以被DNA修复系统所识别：CGTG是可遗传的,7,CpG岛的甲基化(1),1.CpG岛：富含CpG区域，长度5001000bp，GC含量超过55%2.非随机出现：60%的编码基因的5UTR区域（转录起始区域）含有CpG岛。3.CpG的含量：(1)CG出现的期望值（百分比）：1/16=6.25%(2)观察值：很少（1%）(3)原因：CG具有很高的突变率4.C-T转换率是其他碱基对转换率的10-40倍以上5.例如：人类肿瘤细胞中的p53基因，50%的点突变都发生在CpG上。,8,CpG岛的甲基化(2),1.CpG在重复片段以及基因的3UTR区域能够发生甲基化2.CpG岛通常不被甲基化3.哺乳动物中：26,000-45,000CpG岛。常分布在持家基因和一些组织表达特异性基因的启动子区域4.CpG岛：可以被HpaII酶(C|CGG)切成小片段，因此也叫HTF岛,9,DNA序列中的四种碱基/核苷,10,DNA甲基化,SAH,S-adenosylhomocysteine;SAM,S-adenosylmethionine,11,DNA甲基化,12,C5mCT?,5-Methylcytosine(5mC),?,13,DEAMINATION,Deamination:去氨基化反应,AnenzymetoremoveitfromDNA:uracil-N-glycosylase.,14,DNA甲基化的检测,1.传统实验方法Methylation-sensitiverestrictionenzymesMethylation-specificenzymeMcrBC2.现代方法MeDIP:methylatedDNAimmunoprecipitationassayMBD：methylationbindingdomain3.DNA甲基化位点的确定：Bisulfitegenomicsequencing,15,DNA甲基化的检测,16,BisulfiteModification,测序:非甲基化的C将被测序成T，反链为A,17,DNA甲基化位点鉴定的方法,18,精确的功能有待进一步研究，一般学术界公认的两类功能是:宿主防御模型(TheHostDefenceModel)基因调控模型(TheGeneRegulationModel),DNA甲基化的功能,19,宿主防御模型,1.转座子的甲基化2.人类基因组45%的区域是转座子3.高度甲基化，细胞中90%的甲基化CpG位于转座子中4.转座子的活性：对机体非常有害5.宿主防御模型：抑制转座子的活性,20,转座子导致的PEV,21,基因调控模型,1.DNA甲基化的主要功能：转录沉默(silencingtranscription)(1)基因的启动子区域通常不被甲基化修饰(2)建立特定的基因表达模式：组织特异性、生殖特异性(3)基因印记、X染色体失活2.DNA甲基化抑制基因转录的机制：(1)干扰转录因子对DNA元件的识别和结合(2)将转录因子的DNA识别序列转变为阻抑物的识别序列(3)DNA甲基化有利于招募染色质重塑或修饰因子3.DNA甲基化：是转录沉默的结果和维持，而不是原因,22,DNA甲基化抑制基因转录的机制,Long-termsilencing,23,直接干扰机制(1),24,直接干扰机制(2),25,间接机制,Themethyl-CpG-bindingproteinsMeCP1andMeCP2能够与甲基化的DNA结合MeCP2能够招募Sin3a,HDACs，形成复合物，阻遏转录,26,MeCP2,27,二、真核生物的DNA甲基转移酶,1.哺乳动物:DNMT1,DNMT3A,DNMT3B，DNMT3L,DNMT22.拟南芥：DRM2,MET1，DNMT2,CMT33.粗糙脉孢菌(Neurosporacrassa):DIM2,dim-5,RID,28,DNA甲基转移酶,29,DNA甲基转移酶:系统发育分析,30,哺乳动物的DNA甲基转移酶,daughterstrand,daughterstrand,DNMT1:maintenancemethyltransferasesDNMT3AMET1:Maintenance,39,DNA甲基化：哺乳动物vs.植物,CpG为什么不被甲基化？,40,DNA甲基化的通路：粗糙脉孢菌,1.RIP:repeat-inducedpointmutation,41,Dnmt1,1.Dnmt1chip/-:Dnmt1的表达量为正常小鼠的10%；2.低甲基化3.Dnmt1chip/-小鼠出生体重为正常的70%4.80%的小鼠4-8个月内产生淋巴瘤5.癌基因c-myc表达量异常增高,42,Dnmt3b,1.小鼠胚胎纤维原细胞中的Dnmt3b失活导致DNA的低甲基化(Hypomethylation)，染色体不稳定，使癌症细胞永生化2.形成有丝分裂染色体桥3.转入Dnmt3b能够恢复表型,43,Dnmt3a&Dnmt3b,表达特异性：Dnmt3a:ubiquitousDnmt3b:前额，眼睛,44,Dnmt3a&Dnmt3b,对哺乳动物的发育至关重要,45,三、DNA去甲基化,1.DNA去甲基化(DNAdemethylation):5甲基胞嘧啶(5mC)替代成胞嘧啶的过程2.两种方式(1)主动去甲基化(ActiveDNAdemethylation)A.BonafidedemethylationB.Indirectdemethylation(2)复制相关的去甲基化(Replication-coupledDNAdemethylation),46,ActiveDNAdemethylation,1.5-甲基胞嘧啶去甲基化酶将5-甲基胞嘧啶水解成胞嘧啶和水2.5-甲基胞嘧啶/DNA糖基化酶将5-甲基胞嘧啶从磷酸二脂键骨架中切除，然后通过内切酶修复,47,5-甲基胞嘧啶去甲基化酶,1.1999年，A549细胞中提取，MBD2；2.需要很高的能量：使O-H键和C-C键断裂之后，再形成C-O键和C-H键3.从热动力学上可行,48,Bonafidedemethylation,+甲醇,+甲醛,+二氧化碳,+琥珀酸盐,49,5-甲基胞嘧啶/DNA糖基化酶,1.MBD2b:MeCP2的同源蛋白质,50,Indirectdemethylation,51,Replication-coupledDNAdemethylation,52,四、DNA甲基转移酶抑制剂,1.核苷类DNA甲基转移酶抑制剂2.非核苷类DNA甲基转移酶抑制剂,53,核苷类DNA甲基转移酶抑制剂,1.5-azacytidine:第一个发现的甲基化抑制剂。有细胞毒性，低剂量能够治疗白血病2.5-aza-2-deoxycytidine:诱导细胞增生的停止3.Zebularine：5-azacytidine的衍生物4.FCDR：5-Fluoro-2-deoxycytidine4.作用机理：在体内通过代谢形成三磷酸脱氧核苷，在DNA复制过程中代替胞嘧啶，