汪海林研究组在Cell上发表高等生物DNA修饰合作研究成果

DNA甲基化作为重要表观遗传机制调控基因的表达，从而影响一系列的生物学过程，如细胞命运决定、发育和组织、器官的稳态维持。DNA甲基化失调与人类疾病密切相关，如肿瘤。DNA甲基化以多种修饰方式（5-methylcytosine(5mC),N6-methyladenine(6mA)和N4-methylcytosine(4mC)等）广泛存在于细菌、真核生物中。

迄今，5mC在哺乳动物基因组DNA中被认为是唯一的碱基甲基化形式调控基因的表达。最近的研究表明，5mC去甲基化过程中的衍生物5hmC在基因表达调控中也起着重要作用。与之不同的是，6mA以较高丰度存在于原核生物及一些低等的真核生物。尤其在细菌中，6mA修饰在DNA复制、修复、基因表达调控及宿主-病原体相互拮抗等方面发挥重要的功能。6mA DNA修饰是某些细菌生存所必需的条件。

目前已知高等真核生物基因组中6mA的含量极低，受此局限，高等真核生物中有关6mA修饰的研究一直被忽视。生态环境中心汪海林组在过去研究5mC甲基化修饰与去甲基化的过程中(J. Am. Chem. Soc.,2013, 135:10396; Nucleic Acids Res., 2014, 42:1593; Nucleic Acids Res., 2014, 42: e81)，意识到高等生物中可能存在未知的DNA新修饰。为此，发展出高灵敏、高特异性超高效液相色谱-串列质谱方法，可鉴定并检测痕量的6mA修饰。通过与中科院动物研究所陈大华研究组合作，利用经典的模式生物果蝇，探讨6mA在高等生物中存在的可能性。果蝇在DNA修饰的表观遗传领域中地位非常奇特。主要表现为果蝇基因组中5mC含量非常低，因此果蝇中是否存在5mC DNA甲基化修饰,一直是研究者争论的话题。鉴于5mC主要存在于哺乳动物基因组,而6mA主要存在于细菌等原核生物，从进化角度考虑，推测果蝇可能存在至今没有被鉴定的DNA碱基甲基化。

汪海林研究组和陈大华研究组的合作研究首次证明了果蝇基因组中存在6mA修饰，并且证明该修饰在胚胎发育的早期阶段受到去甲基化酶DMAD（果蝇Tet同源蛋白）的精确调控。同时，他们证明了DMAD在体内具有催化果蝇基因组6mA的去甲基化的功能。体外实验也表明DMAD具有直接催化6mA去甲基化酶的活性。此外，通过进一步对DMAD突变体及野生型果蝇卵巢基因组DNA的MeDIP高通量测序，发现果蝇卵巢基因组中的6mA修饰经常发生于转座子区域，特别是在DMAD突变体中，位于转座子区域的修饰显著增加。表明DMAD可能通过降低转座子区域的6mA修饰来调控转座子的表达。该项研究揭示了真核生物DNA新修饰形式，在表观遗传研究领域取得了具有重要意义的原创性突破。

该研究结果于2015年4月30日在线发表在Cell杂志。研究得到中科院战略性先导专项B和国家自然科学基金委

论文参见http://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(15)00435-3

环境化学与生态毒理学国家重点实验

2015年5月1日