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    表观遗传大牛何川一路高(gāo)歌,继Cell后再登Nature,在表观遗传(chuán)领域又取得新突破

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

    iNature

    美国(guó)作家丹尼尔·凯斯在他最著名的(de)作品之一(yī)《献给阿尔吉(jí)侬的花束》中,描述了智商(shāng)低下的查理,通过手术(shù)成为了天才(cái)的故事(shì),文中“阿尔吉侬”是一只与查(chá)理接受了同样(yàng)手术(shù)的小鼠。现在,科学的研究似乎(hū)要将这(zhè)部科幻小说的故事变成(chéng)现(xiàn)实。2018年10月31日,Nature刊登了上海(hǎi)科技大(dà)学周涛团队、芝加哥大学何川团(tuán)队(duì)以(yǐ)及美(měi)国(guó)宾(bīn)夕法尼亚大学宋红军团队的学术论(lùn)文(wén)《m6A facilitates hippocampus-dependentlearning and memory through YTHDF1》,文(wén)章论述了(le)m6A对学习和(hé)记忆的作用。iNature盘点发现,在短短的一(yī)年,何川在(zài)Cell,Mol Cell,Cell Research等杂志(zhì)上发表了7篇关于m6A的文章,在此,我们特将何川研究团队的这(zhè)些文章(zhāng)总(zǒng)结于(yú)此。


    何(hé)川



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


    N6-甲(jiǎ)基腺苷(m6A)是哺乳(rǔ)动物信使RNA上(shàng)最普(pǔ)遍的内部RNA修饰,通(tōng)过m6A特异性结合蛋白调控修饰转录的目的和(hé)功能。在神经系统中,m6A数量丰(fēng)富,功能(néng)多样(yàng)。在(zài)之前的研究中(zhōng)人们得知(zhī),m6A标记不同生理过程(chéng)中协调降解的mRNAs组,但(dàn)是,在体(tǐ)内m 6A和mRNA翻(fān)译的相关性仍然是未知的。


    本文中,研究人员发现,通过结(jié)合蛋白YTHDF 1,m6A促(cù)进(jìn)成年小鼠海马体神(shén)经元(yuán)刺激反应(yīng)的转(zhuǎn)录的蛋白翻译,从而促进学习和记忆。敲(qiāo)除Ythdf 1基因的(de)小鼠显示(shì)学习和记忆缺陷以及海马突触传递受损(sǔn)。YTHDF 1在成年Ythdf 1-敲除小鼠(shǔ)海马体中的再(zài)表达,可以修复行为和突(tū)触缺(quē)陷,而海马体上(shàng)特异性精(jīng)确(què)敲除Ythdf 1METTL 3(其编码(mǎ)了m6A甲基(jī)转移酶复(fù)合物中的催化组(zǔ)分)则重现为海(hǎi)马体缺乏症。海马体上mRNAs的YTHDF 1结合位点和m6A 结(jié)合位点确定了(le)关键的(de)神经元基因。新生蛋白标记和(hé)海马体神经元系绳报告试验表明,YTHDF 1以神(shén)经元刺激依(yī)赖(lài)的(de)方式促进(jìn)蛋白质(zhì)合(hé)成。总之,YTHDF 1有助于翻译(yì)m6A-甲基化神(shén)经元mRNAs对神经元刺激的反应,这一过(guò)程有助于学习和(hé)记(jì)忆。



    高表达(dá)YTHDF1(AAV-YTHDF 1)和对照(AAV-对照)的AAV结(jié)构示意图。


    研究证明(míng),YTHDF 1的缺失损(sǔn)害了海马(mǎ)体突触的基础传(chuán)递(dì)和LTP。YTHDF 1的存在可(kě)以加速新的蛋白质合成,这是突触(chù)可塑性和(hé)记忆形成的长期变化所必(bì)需的(de);Ythdf 1-KO小鼠,刺(cì)激(jī)依赖的蛋白质合成减弱(ruò),导(dǎo)致突触强(qiáng)化效(xiào)率较低,达到记忆形成阈值的可能性较(jiào)低。m6A对翻译的促(cù)进作用可能是通过刺激诱(yòu)导(dǎo),如(rú)文中对YTHDF 1的作用,这可能(néng)代表RNA甲基化依赖的翻译调(diào)节的一个(gè)重要方面。


    原文(wén)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


    白血病是一种侵袭性恶性肿瘤(liú),通常(cháng)与激活受体酪氨酸激酶(RTKs)突变有关(guān),包括BCR / ABL,KIT和(hé)FLT3等。许(xǔ)多针对这些突变的酪氨酸激酶抑制剂(TKIs)已进入临床,但迅速获得对TKIs的抵抗是成功(gōng)治疗白(bái)血病(bìng)的主要障碍。最常被引用的机制是获(huò)得性药物抗性突变,其损(sǔn)害(hài)药物结合或绕(rào)过抑制的RTK信号传(chuán)导。然(rán)而(ér),这不足以揭示药物暴露后TKI耐药性的(de)出(chū)现相对迅速的情况。在“药物假期”之后(hòu),抗性表型是可(kě)逆的。许多具有抗性的患者也仅表达(dá)天(tiān)然激酶(例如,BCR / ABL)或已(yǐ)经激活平行途径,涉(shè)及癌基(jī)因的过度简(jiǎn)化(例如,BCL-2,BCL-6,AXL和MET)。


    事实上(shàng),最近的研究(jiū)结果已经将获得性TKI耐药性与肿瘤内的细(xì)胞异(yì)质性和表观基因组构型的(de)动态(tài)变异联系起(qǐ)来。据推测,异(yì)质性肿瘤(liú)细胞群中(zhōng)不同的表观(guān)遗传模式可以在细胞(bāo)命运决定基因的表达中产生多样性。通过药物选择(zé)可以(yǐ)迅速发展。然(rán)而,TKI抗性中关键表观(guān)遗传(chuán)事件的描(miáo)述远未完成(chéng)。


    N6-甲基(jī)腺苷(m6A)是哺乳动物mRNA最常见的上皮转录组修饰.14,15,16它由甲基转(zhuǎn)移酶复合物(如METTL3-METTL14)安(ān)装,可被去甲基化(huà)酶清除(chú)(如(rú)FTO和ALKBH5)。虽(suī)然任(rèn)何特定m6A残基的确切作(zuò)用尚不清楚,但21个丰富(fù)的(de)证据支持m6A甲基化,一般来说,严格(gé)调节(jiē)mRNA稳定(dìng)性,剪接和/或蛋白质(zhì)翻译(yì),从而影响基因表达。一(yī)致地(dì),沉默(mò)m6A甲基转移酶(例如,IME4,METTL3的(de)酵母直向同源物)或FTO的敲低改(gǎi)变(biàn)m6A丰度(dù),重新建模基因(yīn)表达谱和/或(huò)转录(lù)物(wù)的可变剪接(jiē)模式。


    尽管(guǎn)最近(jìn)关于角色的工(gōng)作m6A在各种生物学过(guò)程中的作用,m6A甲(jiǎ)基化(huà)是否(fǒu)以及如何(hé)调节TKI选择下的细(xì)胞命运(yùn)决定仍(réng)然未知(zhī)。我们假(jiǎ)设,暴露(lù)于(yú)TKI后,m6A甲基(jī)化的可逆性(xìng)质使得携带m6A位点(diǎn)的一组(zǔ)增殖/抗(kàng)凋(diāo)亡癌基因上调,从而帮助细胞亚群逃避TKI介(jiè)导的杀(shā)伤。为了测试这(zhè)一点,我们模(mó)拟并表征了(le)不同白血病模型中的TKI抗(kàng)性,并直接在白血病(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(dǎo)型FTO-m6A轴作为(wéi)表(biǎo)征白血病细胞异质性的新标记,以(yǐ)及(jí)白血病细胞(bāo)产(chǎn)生TKI抗性表型的广泛防御机制。我们的(de)发现确定(dìng)了针对FTO-m6A轴预防/根除获得性TKI耐药性的(de)可行性。


    研究人员的研究结果显示在酪氨酸激(jī)酶抑制(zhì)剂(TKI)治疗期间开发抗性表型取决于(yú)白血(xuè)病细胞(bāo)中FTO过表达导(dǎo)致的m6A减少(shǎo)。这(zhè)种失调的FTO-m6A轴预先存(cún)在于(yú)幼(yòu)稚细胞群中,这些细胞群具有遗传同质性,并且响应(yīng)TKI处理是可诱导(dǎo)/可逆的。具有mRNAm6A低甲基化和FTO上调的细胞在小鼠中表(biǎo)现出更高的TKI耐受性(xìng)和更高的生(shēng)长(zhǎng)速率。通过FTO失活的m6A甲基(jī)化的遗传或药理学恢复使得对TKI敏感的(de)抗性细胞。


    从机制上讲,FTO依(yī)赖性m6A去甲基化增强了携带m6A的增殖/存活转录物的mRNA稳定性,并随后导致蛋白质合(hé)成(chéng)增加。我们的研究结果确定了m6A甲基化在(zài)调节细胞命运决定中的新功能(néng),并证明动态m6A甲基化组是可逆TKI耐(nài)受状态的(de)额外表(biǎo)观遗传(chuán)驱动因(yīn)子,为癌症中的(de)耐(nài)药性提供了机制(zhì)典型范例。





    3Cell:m6A可以控(kòng)制哺(bǔ)乳动物的皮质神经(jīng)元(yuán)的发生



    由Mett13 / Mett14甲(jiǎ)基转(zhuǎn)移酶复合(hé)物催化产生(shēng)的N6-甲基腺苷(m6A)是最普遍的mRNA内部修饰。 m6A是(shì)否调节哺乳动物的大脑发育(yù)是未知的。在这里(lǐ),我们显示胚胎(tāi)小鼠脑中Mettl14敲除下,m6A缺失,延长了神经(jīng)胶(jiāo)质(zhì)细胞的细胞周期,并(bìng)将皮质神经(jīng)发生延伸到出生(shēng)后(hòu)阶段;通过Mettl3敲除,也得到了类似的现象。胚胎小(xiǎo)鼠皮层的m6A测序显示,m6A主要富集在转录因子(zǐ),神经发生,细胞周期(qī)和神经元分化的mRNA中,m6A标记促进其(qí)衰老。进一(yī)步的分(fèn)析发现皮质神经干细(xì)胞(bāo)中以前未(wèi)被认可的转(zhuǎn)录模式中(zhōng),m6A信号也调节(jiē)前脑组织中的人皮质神经发生。小(xiǎo)鼠与人类(lèi)皮(pí)质神(shén)经发生之间的m6A-mRNA全基因组的比(bǐ)较,揭示了人特异性m6A标记的转录本与(yǔ)脑障碍风(fēng)险基因(yīn)相关。



    亮点


    • m 6 A缺失,导致皮(pí)质神经原始细胞的细胞周期延长;

    • 经过比(bǐ)较小鼠及人类(lèi)的(de)m 6 A图(tú)谱,呈现(xiàn)出保守(shǒu)及独(dú)特性;

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

    • 转(zhuǎn)录本的提(tí)前印记对于神经元(yuán)的(de)发(fā)生(shēng)是必需的(de)。




    4Molecular Cell :FTO在细胞(bāo)核和(hé)细(xì)胞质中介导的差异m6A,m6Am和m1A去甲基化



    已经提出脂肪量和肥胖相(xiàng)关蛋(dàn)白(bái)(FTO)通过全基因组(zǔ)关联研(yán)究(jiū)(GWAS)与(yǔ)人类肥(féi)胖相关联。已显示FTO的遗传变异与食物(wù)摄(shè)入增加有关(guān),而FTO中(zhōng)的(de)功能丧失(shī)突变(biàn)导致严重的(de)生长迟(chí)缓(huǎn)和CNS缺(quē)陷。


    由于(yú)这些有趣的表型,已经广泛致力(lì)于鉴定(dìng)底物和理解FTO的生物学功能。FTO被(bèi)鉴定为第一种RNA去甲基化酶,其在体外(wài)和细胞中(zhōng)催化mRNA中N6-甲基腺苷(m6A)甲(jiǎ)基(jī)化的逆转。 m6A是哺乳动物mRNA中最丰富的内部修饰。已(yǐ)知m6Am的(de)m6A部分是FTO的体外底物,最近的研究表(biǎo)明m6Am通过阻止DCP2介导的脱帽和microRNA介导(dǎo)的mRNA降解(jiě)来稳定mRNA。然而,FTO去除m6Am的功能相关性尚未(wèi)得到(dào)充分探索。


    在(zài)该(gāi)项研(yán)究组中,何川(chuān)研究组证实(shí)FTO可以从纯化的多腺苷酸化(huà)RNA中有效(xiào)地去甲基(jī)化(huà)m6A和m6Am。何川研究组发现细胞核和(hé)细(xì)胞(bāo)质中的FTO定位在细胞类型之间变化,并(bìng)且FTO在细胞核(hé)和细胞质中具有不(bú)同(tóng)的底(dǐ)物库。何川(chuān)研究组进一步鉴定了(le)FTO的其他RNA底物,包括tRNA中的N1-甲基(jī)腺苷(m1A),U6 RNA中的m6A,以及小核RNA(snRNA)中的内部和帽m6Am。该研究提供了迄今(jīn)为止FTO介导的RNA去甲基化的最全面的景观。它揭示了由FTO介导的核与细胞(bāo)质去甲基(jī)化(huà)所赋予的先(xiān)前未被认可的空间调节,其对靶RNA发挥不同的作用。




    5Nature cell biology:m6A mRNA甲基化(huà)是子宫内膜(mó)癌的致癌机制(zhì)



    N6-甲基腺苷(m6A)是人类最(zuì)普遍的信使RNA修(xiū)饰形式。这种修改是可逆的,其生物(wù)学效应主要是通过“写入(rù)”、“橡皮”和“读取”蛋白来(lái)介导的。所(suǒ)谓的“写入”复(fù)合物,核心部分为METTL3–METTL14 m6A甲基转移酶(méi),还包括其他调控(kòng)因子亚(yà)单元,作用是催(cuī)化m6mRNA甲基化(huà)。至少(shǎo)有两种橡(xiàng)皮擦酶FTO和ALKBH 5介导了甲基(jī)化的(de)逆反应。m6甲基化的转录被读取器(qì)蛋(dàn)白(bái)质锁识别(bié),该蛋白可以(yǐ)调(diào)节mRNA前处(chù)理、翻(fān)译和(hé)退化。在哺乳动(dòng)物中,m6A依赖的mRNA调节是必不(bú)可少的。m6A甲基化的缺(quē)陷影(yǐng)响很多的生物过程。特别的是,m6A mRNA甲基化通过影(yǐng)响细胞分化(huà)过(guò)程中mRNA的(de)转(zhuǎn)换而调节干细胞的自我更(gèng)新和分化,并在胚(pēi)胎发育过程(chéng)中对转录组的转换起(qǐ)重要作用。与这些作用一致(zhì),m6A mRNA甲(jiǎ)基(jī)化是一种影响多种癌症发生(shēng)和发展(zhǎn)的途径。


    m6mRNA甲基化(huà)对(duì)干细胞和癌细胞生长和增殖(zhí)有(yǒu)着重要影响。不(bú)过,m6A甲基化如何影响细(xì)胞生长(zhǎng),哪些(xiē)基础途径和机制介导这(zhè)些(xiē)变(biàn)化仍(réng)未(wèi)完全(quán)阐明。本(běn)文(wén)研究子(zǐ)宫内膜癌中的这个问题,其中测序研究发现(xiàn)了m6A甲基转移(yí)酶亚基METTL 14的频繁突变。研究(jiū)人员发现与对应的正常子宫内膜(mó)相比,约(yuē)有70%的子宫(gōng)内膜肿(zhǒng)瘤细胞中m6A甲基化有减少(shǎo)的趋势。这(zhè)些减(jiǎn)少的m6A甲基化可能(néng)是由(yóu)METTL 14的突变或降低METTL 3甲基转移酶的表达。通过METTL 14突变或(huò)METTL 3下(xià)调,降低m6A mRNA在子宫内膜癌细(xì)胞中的水(shuǐ)平,可(kě)促进体(tǐ)外(wài)和活体细胞增殖和(hé)致瘤(liú)性。子(zǐ)宫内膜癌患者肿瘤和细胞系的m6A -seq特征显示m6A mRNA甲(jiǎ)基化可以通过改变(biàn)影响AKT信号通路的关键(jiàn)酶的表达来促进细胞增殖。抑制(zhì)AKT活化可以(yǐ)逆转m6A甲基化减少(shǎo)引起的增殖增加。这些结果共同表(biǎo)明了m6A mRNA甲(jiǎ)基化为子宫(gōng)内膜(mó)癌的致癌机制,m6A甲基化可(kě)以作(zuò)为(wéi)AKT信号调节因子。

    正常(cháng)子宫(gōng)内膜(左)和子宫内膜(mó)癌(右(yòu))


    这些(xiē)发现可能适用于子宫内膜癌以(yǐ)外由AKT信号增强所(suǒ)导致(zhì)的其他癌(ái)症(zhèng)。其他类型可以(yǐ)通过AKT激活的肿瘤可以利(lì)用异常的(de)RNA甲基化来(lái)获得(dé)生存(cún)和(hé)生长优势。事实上,也(yě)有其他研究观察到干细(xì)胞(bāo)和癌细胞的增殖(zhí)随(suí)着m6A甲基化的减(jiǎn)少(shǎo)而增加。当这篇论(lùn)文被审(shěn)查时,据报道,m6A甲基化会影响AML中AKT的(de)活性,以及肾细胞癌(ái)30T细胞分化。虽然本文的结(jié)果表(biǎo)明m6A甲基化促进子宫内膜肿(zhǒng)瘤(liú)发生,其他癌症也与METTL 3高表(biǎo)达和m6A甲(jiǎ)基化增加有(yǒu)关,也可能涉及不(bú)同的(de)机制。然而(ér),我们的结果表(biǎo)明,通(tōng)过m6A甲基化(huà)调(diào)节AKT的(de)活(huó)性,可能是一种(zhǒng)影响(xiǎng)一系列其他生物过(guò)程的(de)一般生长控制机制(zhì),这将是未来探索的一个新方(fāng)向。




    6Molecular Cell:Zc3h13调节核RNA m6A甲基化和(hé)小鼠胚胎干(gàn)细胞自我更新



    基因表达调控是生命(mìng)活动的核心事件之(zhī)一。RNA化学(xué)修饰(shì)是(shì)基因表达调(diào)控的重要手段。RNA m6A修饰广(guǎng)泛存在于病毒、细(xì)菌、单细胞生物和酵母等多(duō)个物种中,是真(zhēn)核(hé)生物(wù)mRNA上发生最为广泛的内(nèi)部(bù)化(huà)学修饰。


    Zc3h13与(yǔ)WTAP,Virilizer和Hakai互作


    RNA m6A修饰参与调(diào)节mRNA稳定性、剪接加工、转运以及翻译等一(yī)系列mRNA加工(gōng)代谢过程,对mRNA的命运决定发(fā)挥重要作(zuò)用。越来越多的科学证(zhèng)据显示mRNA m6A修饰(shì)在细胞分化、生(shēng)物个体发(fā)育及癌症(zhèng)疾(jí)病发生等一系列生命过(guò)程中具有(yǒu)重要作(zuò)用,成(chéng)为(wéi)近年来表观转录(lù)组学的研(yán)究热点之(zhī)一。


    Zc3h13调节mESCs中的mRNA m6A


    哺乳动(dòng)物细胞(bāo)中约25%的mRNA有(yǒu)m6A修(xiū)饰,围绕该修饰的甲基转移酶复合物、去甲(jiǎ)基转移酶和识别蛋白的研究较(jiào)多(duō),但是参与该修(xiū)饰的调控蛋白以及该(gāi)修(xiū)饰的位点特(tè)异性调(diào)控机制依然不完全清(qīng)楚(chǔ)。在该论文中,研究者报道(dào)了Zc3h13是一个调控RNA m6A修饰(shì)的(de)新成员。研究(jiū)发现,在小鼠胚(pēi)胎干细(xì)胞中抑制Zc3h13表达导致mRNA m6A水平(píng)显著降低,且这些下降的m6A主(zhǔ)要发生在mRNA的(de)3’端非编码区域。


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


    此前,有报道显示(shì)Zc3h13存在于一个进化(huà)上保守的复合物Zc3h13-WTAP-Virilizer-Hakai之(zhī)中(zhōng)。研究者在探讨Zc3h13对(duì)m6A调控的分(fèn)子(zǐ)机制(zhì)研究中发现Zc3h13对m6A的调节是(shì)通过控制复合(hé)物成员WTAP/Virilizer/Hakai的细胞定位(wèi)而发生作用(yòng)的。抑制Zc3h13表(biǎo)达导致复合物成员WTAP、Virilizer及Hakai蛋(dàn)白(bái)发(fā)生(shēng)由细胞核(hé)向细胞质(zhì)的转移,同时伴随(suí)甲基转移酶Mettl3和Mettl14蛋白核内组(zǔ)分的减(jiǎn)少,从(cóng)而抑制m6A的形成。


    Zc3h13丧失损害mESC自(zì)我更新


    有意思(sī)的是,在细胞中敲(qiāo)低WTAP、Virilizer和Hakai,Zc3h13的核内(nèi)定位并不受影(yǐng)响,这提示(shì)了(le)Zc3h13在该复合物的细胞定位中具有独特的作用;同时,也为揭示m6A 修饰的特异调控机制提供了线(xiàn)索。此(cǐ)外,研究者还发现敲低Zc3h13会损害(hài)小鼠胚胎干细胞(bāo)的(de)自我(wǒ)更新潜能并(bìng)促进细胞的分化,为m6A途径调节小鼠胚胎干细胞的多潜能性提供了(le)进一步的证据(jù)和(hé)线索。


    文章(zhāng)模(mó)型


    复旦大学刁建波副研究员、施(shī)扬教授、石雨江教授和芝加(jiā)哥大学何川教授为论文的共(gòng)同通讯作者。复旦大学生物医学研究院博士研(yán)究生温菁、吕瑞途和(hé)博士后马(mǎ)红(hóng)辉(huī)为论文的共同第一(yī)作者。




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



    DNA修饰如5-甲基胞嘧啶(5mC)和(hé)5-羟(qiǎng)甲基胞嘧啶(5hmC)是已(yǐ)知(zhī)影(yǐng)响(xiǎng)哺乳动物基因表达的表观遗传学标记。鉴于它们在人类基(jī)因组中的广(guǎng)泛分布特性,与基因表达密切相(xiàng)关和高度的化学稳定性(xìng),这些(xiē)DNA表观遗传标记可(kě)以作为癌(ái)症诊断的理想生物标志物。利用高度敏感和选择性(xìng)的化学(xué)标记(jì)技术(shù),何川等人在这(zhè)里收集了最近(jìn)诊(zhěn)断患有结直肠(cháng)癌,胃(wèi)癌(ái),胰腺癌(ái),肝癌或甲状腺癌的患者(zhě)和来自90个健(jiàn)康个(gè)体的正常组织样(yàng)品,进行对循环无细胞DNA(cfDNA)5hmC分析(xī)。


    去甲基化过(guò)程

     发(fā)现5hmC主要分布在(zài)转录活性区域,与开放的染色质和活性组(zǔ)蛋白修饰(shì)相一致。在cfDNA中鉴定(dìng)出可靠的癌症相关的5hmC标签,这是特(tè)定癌症类型的(de)特征。基于5hmC的循环cfDNA生(shēng)物标志物对(duì)结(jié)肠直肠癌和胃癌具有高度预测(cè)性,优于常规生(shēng)物标志物,与来自组织活检的5hmC生物标志物相当。因此,这种新的策略可以导致(zhì)从血液样本的分析中发(fā)展有效的,微创(chuàng)的癌症诊断和预后方法。


    癌细胞释放DNA到(dào)血液


    胞嘧啶甲基化(形成5-甲(jiǎ)基胞嘧啶(dìng),5mC)是影响基因表达的公认的(de)表观遗传学(xué)修饰【1,2】。 DNA的5mC重构在哺乳动物发育和细胞分化以及(jí)癌症发生,进展和(hé)治疗反应过程中广(guǎng)泛使用【3,4】。哺乳动物基因组中的活性去(qù)甲基化是由将5mC修(xiū)饰氧化为5-羟甲基胞嘧啶(5hmC)【5,6】,以及进一步转(zhuǎn)化(huà)为5-甲酰基胞嘧啶(5fC)和5-羧基(jī)胞嘧啶(5caC)的TET家族(zú)的(de)双加(jiā)氧酶完成【7,8,9】。 “中间”5hmC不仅标志着活跃的去(qù)甲基化,而且还是一个(gè)相对稳定的DNA标记,具有不同的(de)表观遗传角色【2,10-15】。 5hmC在各种哺乳动物(wù)细胞和(hé)组织中最近的(de)全基因(yīn)组测(cè)序图谱支(zhī)持(chí)其作为基因表达的标(biāo)记的作用(yòng)【16-21】;它(tā)在(zài)增强子,gene body和启(qǐ)动子富集,5hmC的变化与基因表达水平的变化相(xiàng)关【22,23】。


    高通量(liàng)测(cè)序


    来自(zì)循环血液中不(bú)同组织的无细胞DNA(cfDNA)的发现(xiàn)对临床具有革命性的潜(qián)在应用【24】。基于液体活检的生物(wù)标(biāo)志(zhì)物和检(jiǎn)测(cè)工具与现有的诊断和(hé)预(yù)后方法相比具有显著的(de)优(yōu)势,包括微创。因(yīn)此,他(tā)们具有(yǒu)成本效(xiào)益的潜力,可以促进更高的(de)患者依(yī)从性和临床便利(lì)性,从而实现动(dòng)态监(jiān)测【25】。


    人(rén)类癌症的cfDNA中,检测(cè)5hmC的(de)生物标志物


    肿(zhǒng)瘤(liú)相关的cfDNA体细胞突(tū)变已经显示(shì)与肿瘤组(zǔ)织共享,尽管低的(de)突变(biàn)频率和缺乏来源组织的信息阻碍了检测的敏(mǐn)感性。 5mC和5hmC来自液体活组织检查的cfDNA可以作为平行或更(gèng)有价值(zhí)的生物标志物,用(yòng)于人类疾病(bìng)的非侵入性诊断和预后,因为它(tā)们(men)概括了相关细胞状态中的基(jī)因(yīn)表达(dá)变化。如果可以灵敏地检测这些(xiē)胞嘧啶修饰(shì)模式(shì),则可以鉴定疾病(bìng)特异性(xìng)生(shēng)物(wù)标志物,用(yòng)于早期的肿瘤检测(cè),诊断(duàn)和预后。


    5hmC在癌细胞的差异化富集


    高通量测序(xù)是检测全基因组胞嘧啶修饰(shì)模式的(de)理想平台。全基因组(zǔ)亚硫酸氢盐(yán)测(cè)序(xù)或替代方法已应用于生物标(biāo)志物(wù)研究【26-28】。组织和(hé)癌(ái)症特异(yì)性甲基化位点在跟踪来自循(xún)环(huán)血(xuè)的来(lái)源(yuán)组织中,表现出有希望的潜力。然而,5mC主要作(zuò)为人类基因组中高背(bèi)景水平的抑制性标记,并且其(qí)用亚硫酸氢盐处理的测序一直受到(dào)广泛的DNA降解。利用羟甲基的存在,选(xuǎn)择性化学标记(jì)可应用于使用低(dī)水平的DNA以高灵敏度检(jiǎn)测5hmC。在这里(lǐ),何川等研究组建立了5hmC临床(chuáng)诊断(duàn)技术,用于cfDNA 5hmC分析。显示显(xiǎn)示(shì)cfDNA的5hmC差异(yì)富(fù)集,是实体(tǐ)瘤的优秀标记。


    胰腺(xiàn)癌5hmC分布(bù)状况


    癌症cfDNA的动(dòng)态在很大程度上还不(bú)清楚。在简化的(de)模型情况下,肿瘤组织的(de)gDNA被释放到(dào)血(xuè)浆中并(bìng)且经(jīng)历降解,达到与来自正常健康组织的背景(jǐng)cfDNA类(lèi)似(sì)的平衡(héng)。基因(yīn)座特异性5hmC修饰似乎是5hmC水平的主要决定因素,具有组织特(tè)异性,然后癌症状(zhuàng)态增加额外的变化层。这些(xiē)组织,以及在较小的程度上肿瘤组织释放的DNA中的癌(ái)症特异性信号,略微(wēi)改变背景血浆cfDNA的5hmC修(xiū)饰谱。从肿瘤组(zǔ)织(zhī)中释放的(de)cfDNA越多,转移越大,给(gěi)区分肿(zhǒng)瘤(liú)来(lái)源的生物学和临床(chuáng)变化提供了更(gèng)大的能力(lì)。因此,整合来自不(bú)同组织类型(xíng)的gDNA的5hmC概况,以(yǐ)实现(xiàn)对癌症生(shēng)物标志物的疾病特异(yì)性的未来评(píng)估,将是至关重要的。


    胃癌中5hmC分布状况


    此(cǐ)外,实体瘤(liú)由癌干(gàn)细胞和癌细(xì)胞组成(chéng),在由白细胞(bāo),间(jiān)充(chōng)质细胞和细胞外基质构(gòu)成(chéng)的微环境中。肿瘤进展启动了以缺氧和(hé)血管形成为特(tè)征(zhēng)的(de)局(jú)部(bù)环境的变化梯度。在生长的肿瘤及(jí)其周围的细胞(bāo)内,可能存在广泛的(de)变异(yì)性,使得某些类型的细胞倾向(xiàng)于凋亡并将DNA释放到(dào)循环中。


    血(xuè)浆cfDNA中(zhōng)观察到(dào)癌症相关5hmC变(biàn)化的起源


    何川等研究组预计在血浆(jiāng)cfDNA中观察(chá)到的(de)5hmC的癌(ái)症相关变化是由肿(zhǒng)瘤组织内或周(zhōu)围的不同组细胞贡献的。肿瘤相(xiàng)关组织的单细胞或细胞类型特异性5hmC分(fèn)析和使用适当的细胞类型(xíng)标记物,将揭示这些(xiē)修饰的细胞(bāo)特异(yì)性的程度和分布,并进一步阐明(míng)有助于在血浆cfDNA中观(guān)察到癌症(zhèng)相关的(de)5hmC变化。这是这个学科所要(yào)达到的(de)意图(tú),同时也是未来的发展方向。



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