DNA甲基化详解_原创精品文档.pdf

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提到遗传，我们都已经习惯于这样的概念，即基因组的编码信息存在于

ACGT这四种碱基的排列顺序中。然而，诸如胞嘧啶的甲基化修饰及其分布，组

蛋白的乙酰化等，同样影响着表型。这就构成了表观遗传学(epigenetics)的主要研

究容。其实，早在1942年，就提出了表观遗传学的概念，他指出，表观遗传与

遗传相对，主要研究基因型和表型的关系。而现在，对于表观遗传学，比较统一

的认识是，其研究在没有细胞核DNA序列改变的情况时，基因功能的可逆的可

遗传的改变。也就是说，在不改变基因组序列的前提下，通过DNA和组蛋白的

修饰等来调控基因表达，其中又以DNA甲基化(DNAmethylation)最为常见，成

为表观遗传学的重要组成局部。随着人类基因组方案的开展，科学家们开场在基

因组水平来研究表观遗传学，逐步形成表观基因组学(epigenomics)。表观基因组

学就是要在整个基因组水平来研究表观遗传过程以及与这些过程密切相关的特

定基因组区域的识别与鉴定。2000年10月，人类表观基因组协会(Human

EpigenomeConsortium)由欧盟赞助，启动了旨在于人类6号染色体MHC区域首

先做出DNA的甲基化图谱的先导方案(PilotProject)。该方案顺利完成，引导启

动了2003年的人类表观基因组方案(HumanEpigenomeProject，HEP)。2005年，

美国国家卫生院(NIH)下属的国立癌症研究所启动了癌症基因组先导方案。2006

年，该所与国立人类基因组研究所一起共同启动癌症基因组方案(CancerGenome

Project)。表观基因组学和DNA甲基化与癌症的研究成为新的热点。本文将简要

介绍DNA甲基化与CpG岛，癌症与DNA甲基化，和DNA甲基化的重要检测

方法。DNA甲基化与CpG岛：在人类表观遗传学研究中，最常见的就是CpG

二核苷酸中胞嘧啶的甲基化修饰。其主要过程是，在CpG甲基化结合蛋白

(Methyl-CpGBindingProteins,MBDs)和DNA甲基化转移酶(DNA

.z.

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methyltransferases,DNMTs)的作用下，使CpG二核苷酸5’端的胞嘧啶转变成为

5’甲基胞嘧啶。在正常人类的DNA中，约有3-6%的胞嘧啶被甲基化。在哺乳

动物中，约有50,000,000个CpG二核苷酸，其中70%的被甲基化。而那些可被

甲基化的CpG二核苷酸并非随机的分布于基因组序列中，相反，在基因组的*

些区域中，通常是基因的启动子区域，5’端非翻译区和第一个外显子区，CpG

序列密度非常高，超过均值5倍以上，成为鸟嘌呤和胞嘧啶的富集区，称之为

CpG岛(CpGIslands,CGIs)。CpG岛的概念最早由AdrianBird提出，他称之为未

甲基化的HapII小片段(HpaIITinyFragment，HTF)，更正式的定义是这样的区域，

该区域的序列长度至少200个碱基对，GC含量超过50%，CpG比值(观测值/期

望值)超过0.6。CpG比值的计算方法如下：

最近，为了排除那些Alu重复序列，提出了更严格的标准：长度至少500碱基对，

GC含量超过55%，CpG比值大于0.65。据估计，哺乳动物基因组中的CpG岛

约有4万个。在安康人的基因组中，CpG岛中的CpG位点一般处于非甲基化状

态，而CpG岛外的CpG位点通常是被甲基化的。研究说明，DNA的甲基化在

遗传印记(geneticimprinting)，胚胎发育以及维持正常细胞功能等方面发挥着重要

作用。DNA甲基化与肿瘤发生：DNA甲基化水平和模式的改变是肿瘤发生的

一个重要因素。这些变化包括CpG岛局部的高甲基化和基因组DNA低甲基化

状态。如图1左所示，在正常细胞中，位于抑癌基因启动子区域的CpG岛处于

低水平或未甲基化状态，此时抑癌基因处于正常的开放状态，抑癌基因不断表达

抑制肿瘤的发生。而在肿瘤细胞中，该区域的CpG岛被高度甲基化，染色质构

象发生改变，抑癌基因的表达被关闭，从而导致细胞进入细胞周期，