国自然热点 | DNA甲基化

DNA甲基化是基因表达调控的重要机制，在动植物育种、环境治理和疾病检测等方面有广泛应用。DNA甲基化的研究一直以来都是顶级期刊、基金资助、临床研究、药物研发上市的多重热点。

DNA甲基化的热度与趋势同样也是非常之高。

DNA甲基化概述

DNA甲基化（DNA Methylation)：是指DNA序列上的碱基（C）在DNA甲基化转移酶（DNMT）作用下，获得一个甲基基团(-CH3)的过程。

DNA甲基化可以发生在胞嘧啶的C-5位、腺嘌呤的N-6位、鸟嘌呤的N-7位等，它们分别由不同的DNA甲基化酶催化，生成5-甲基胞嘧啶（5-mC）、N6-甲基腺嘌呤（N6-mA）及7-甲基鸟嘌呤（7-mG）。

5-mC广泛存在于植物、动物等真核生物基因组中，是目前研究zui多的一种DNA甲基化修饰形式。

甲基化位置：CpG

在细菌等原核生物上，5-mC主要出现在CpG序列、CpXpG、CCA/TGG和GATC中。

在哺乳动物中DNA甲基化主要发生在5′-CpG-3′的C上生成5-甲基胞嘧啶(5-mC)。

甲基化位置：CpG岛

在哺乳动物中CpG序列以两种形式存在：分散&CpG岛

正常组织里，70%～90%散在的CpG是被甲基修饰的，而CpG岛则往往是非甲基化的并且CpG岛常位于转录调控区附近。

甲基化酶与功能

甲基化与疾病

①癌症：DNA甲基化在肿瘤抑制基因上的异常增加可以导致这些基因的沉默，进而促进癌症的发生。相反，肿瘤促进基因的甲基化减少可能导致其过度表达，同样促进癌症的发展。

②阿尔茨海默病：研究发现，特定基因的甲基化模式与阿尔茨海默病的发生有关，这可能影响基因表达，导致病理变化。

③自身免疫疾病：异常的DNA甲基化模式可能导致免疫系统错误地攻击自身组织，从而促进自身免疫疾病的发展。

科研人员对DNA甲基化的关注主要基于以下几个角度：

①疾病机制的理解：通过研究DNA甲基化与疾病的关联，科学家可以更好地理解疾病的发生发展机制，识别疾病的早期生物标志物。

②新的治疗方法：理解DNA甲基化如何影响疾病的发展，可以为开发针对性的治疗方法提供可能，比如通过改变甲基化模式来恢复正常基因表达。

③预防和诊断：甲基化模式的改变往往早于疾病症状的出现，因此，甲基化标记物可以作为疾病的早期诊断和预防策略的一部分。

甲基化与癌症

DNA甲基化与肿瘤发生：

（1）肿瘤中普遍存在DNA甲基化状态的改变，其特点是总体甲基化水平的降低与局部甲基化水平的升高。

（2）在肿瘤细胞中，癌基因处于低甲基化状态而被激活，抑癌基因处于高甲基化状态而被抑制。

甲基化在肿瘤诊断上的应用：

（1）早期诊断和筛查

（2）预后风险预测

（3）治疗疗效评价

LC-MS/MS（质谱法）：准确，灵敏，金标准，成本高，复杂。

ELISA（免疫法）：快速，成本低，灵敏度低。

WGBS：全 面，可以得到单个碱基的甲基化情况，复杂，成本较高。

纳米孔测序：发展阶段，成本高，但是很可能是未来的主要方向。

芯片：仅可以做人的样本，适合临床大规模，相对WGBS的成本低。

MSP：甲基化特异的PCR，操作简单，成本低，但是引物设计较为麻烦。适合于目标明确的基因甲基化位点或者区域的甲基化水平的相对定量分析。

MethyLight：和MSP类似，使用探针法进行PCR。适合于对目标基因特定位点或者区域的甲基化的精 确定量分析。

数字PCR：和MethyLight类似，但是数字PCR具有更好的灵敏度和扩增效率，适合于低水平的甲基化检测。

HRM：和MSP类似，根据高分辨率溶解曲线分辨甲基化，速度快，但是对PCR仪的温度分辨率要求很高，最 好在0.1℃以内。适合于差异较大的甲基化位点检测。

MSR+Sanger测序：PCR后的产物进行测序分析，可以准确得到甲基化基因的序列和位点，是确证甲基化位点和序列的金标准。