DNA甲基化和肿瘤
［作者简介］王玉新（1974－），女，本科，副院长，副主任检验师，
主要从事临床医学检验工作。
【综述】
DNA 甲基化和肿瘤
王玉新，张文霞
（衡水市第四人民医院检验科，河北衡水
053000）
［关键词］DNA 甲基化；肿瘤；早期诊断；治疗；致癌
［中图分类号］R730．23［文献标识码］A ［文章编号］1004－8685（2013）03－0786－07基因突变引起基因序列碱基组成变化作为肿瘤发生的一个重要原因已为大家所熟知。与突变不同，表观
遗传学改变并不发生基因序列的变化，
但它所产生的后果却是相同的，
均导致基因表达的异常。目前的表观遗传学研究主要集中在DNA 甲基化、组蛋白修饰、染色质结构变化三大方面。其中DNA 甲基化作为表观遗传学
的一个重要内容最受重视，
特别在肿瘤研究领域。目前已有大量的DNA 甲基化与肿瘤的发生发展及治疗的相关文献。随着研究的不断深入，在DNA 甲基化与肿瘤
关系日益明晰的同时，
也发现了其复杂的一面。本文详细介绍了DNA 甲基化的基本概念并就近年DNA 甲基化在肿瘤领域的研究进展作一综述。
1DNA 甲基化
1．1
DNA 甲基化相关概念
1．1．1
DNA 甲基化DNA 甲基化是指组成DNA 碱基
的某个部位在催化剂作用下加入一个－CH 3基团的现象。在高等哺乳动物，通常是C （胞嘧啶）的5'位加入一个－CH 3基团，而在低等生物如细菌，可为C （胞嘧啶）的5'位加入一个－CH 3基团或（和）A （腺嘌呤）6'位加入CH 3基团。
1．1．2DNA 甲基化的直接意义DNA 甲基化的直接意
义目前认为最主要有两个，
一是基因启动子区关键部位的DNA 甲基化导致该基因表达沉默。二是当基因组中
胞嘧啶5'位甲基化形成相对不稳定的5－甲基胞嘧啶，
5－甲基胞嘧啶易自发脱氨基生成尿嘧啶，继而在DNA 复制过程中变成T ，这是引起基因突变的原因之一，也是
高等生物基因组CG 含量下降的原因之一［1］
。
1．1．3CpG 岛理论上人类基因组上每个C 都可以发生甲基化，但实际上人类DNA 甲基化部位通常发生在5'－CG －3'序列的C 上，基因组中5'－CG －3'序列集中
的地方就称之为CpG 岛，
大约60%人类基因存在启动子区的CpG 岛。CpG 岛没有严格的定义，一般认为在一段DNA 序列中（200或500个碱基或更多），CG 含量高（如
＞50%），5'－CG －3'序列出现的频率与预测值（即以数学方法计算四个碱基组成的DNA 序列中出现CG 的概
率，为1/16）相比大于60%或80%即可以认为是CpG 岛。
1．1．4DNA 甲基化转移酶（DNA Methyltransferases ，DNMTs ）DNMTs 是催化从甲基供体转移甲基到胞嘧啶5'位的关键酶，哺乳动物的DNMTs 现发现有DNMT1、DNMT3a 和DNMT3b ［2］。目前认为DNMT1的作用主要是维持甲基化，即保持DNA 复制过程中甲基化的稳定遗传，并且认为DNMT1在胚胎发育过程中的作用是致
命性的［3］
。DNMT3a 和DNMT3b 则主要在新的甲基化形
成中起作用［4］
。1．1．5
甲基化DNA 结合蛋白和甲基化DNA 结合域家
族甲基化DNA 结合蛋白目前发现有2个，
MeCP1和MeCP2［5］
。甲基化DNA 结合域是由数十个氨基酸残基组成的蛋白结构域，这些结构域可以与甲基化的DNA
区域结合发挥作用，目前发现的MDB 有MDB1，
MDB2，MDB3和MDB4［6］，这些结构域可能是MeCP 复合体的一个亚基。一般认为这些甲基化DNA 结合蛋白或结合域可通过与甲基化区域的结合抑制基因表达，但目前并不是所有这些蛋白的作用都十分清楚。其中研究较多的
是MeCP2，
MeCP2可与BDNF 基因启动子区特殊的甲基化位点结合，
抑制BDNF 的表达，从而引起神经发育的异常［7］
。
1．1．6甲基化基因沉默的机制DNA 启动子区甲基化引起基因沉默的具体过程并不十分清楚，目前认为可能的机制有三个。一是DNA 的甲基化阻止了转录因子在启动子区的正常识别、始动转录过程。二是某些甲基化结合蛋白与甲基化启动子区的结合阻止了转录因子的
结合［8］
，甚至甲基化转移酶本身可直接引起基因表达的沉默［9］
。三是甲基化结合蛋白与特定DNA 区域的结合导致了组蛋白去乙酰化，进而引起该区域染色质结构的
改变，使基因表达沉默［10］
。
1．1．7组蛋白修饰和染色质结构改变组蛋白修饰指组蛋白小体某些氨基酸残基被乙酰化、甲基化、磷酸化或泛素化。染色质结构变化包括活化的常染色质结构和失活的异染色质结构。DNA 甲基化、组蛋白修饰和染
色质结构改变作为表观遗传学的三大内容有着相互的联系。如组蛋白末端赖氨酸残基的乙酰化和活化的染色质结构相关［11］，DNA甲基化可使组蛋白去乙酰化，从而引起染色质结构的改变。
1．2生理性DNA甲基化
1．2．1基因印迹（gene imprinting）和X染色体失活基因印迹是指某些等位基因固定的表达来自父方或母方一方的基因，来自另一方的则不表达。引起基因印迹的原因可能有多个，但甲基化是其中最重要之一［12］。H19的表达是个很好的例子，H19固定的表达来自母方的基因，经研究发现来自父方的H19等位基因启动子区高甲基化，而来自母方者则无甲基化［13］。女性其中一条X 染色体失活的机制便包括甲基化引起的基因印迹［14］。1．2．2抑制基因转座生物基因组中有一些序列能够通过RNA的介导在基因组中扩增，称为反转录转座。过度活跃的反转录转座将导致染色体的不稳定，而基因甲基化可抑制此类转座，从而保持染色体的相对稳定。如研究发现小鼠IAP逆转录元件在甲基化时活动度很低，而在去除甲基化后，其扩增达到有甲基化时的100倍以上［15］。
1．2．3衰老衰老相关的DNA甲基化模式十分复杂，它可以表现为全基因组的胞嘧啶低甲基化，或特定组织特定序列的低甲基化，或某些基因启动子区的高甲基化［16］。如人类T细胞全基因组胞嘧啶随着年龄增长甲基化逐渐消退［17］。而随生存时间延长，小鼠脾组织c－myc、b－actin基因趋向低甲基化，肝组织CpG岛趋向高甲基化，但这些甲基化改变可能并不一定伴随蛋白表达的改变，其作用尚待阐明。在基因编码区外如串联重复序列中，随着年龄增长低甲基化现象亦较常见。人类正常肠粘膜组织ER和IGF2基因CpG岛随着年龄增长甲基化增多，这在肠道肿瘤的发生过程中同样存在［18］，有人发现大肠癌包含于P16、THBS1和hMLH1三个基因中的30个高甲基化的基因序列中有19个在正常肠粘膜的衰老过程中亦可出现［19］。
2肿瘤相关DNA甲基化研究的发现和关注
2．1DNA甲基化与致癌
肿瘤发生发展过程中首先包含癌基因的激活和抑癌基因的失活。既然基因启动子区CpG岛甲基化可引起基因表达的沉默，反过来本来高甲基化沉默表达的基因可因为去甲基化而重新表达。因此抑癌基因高甲基化而失活，癌基因和转移正相关基因去甲基化而激活在肿瘤发生发展过程中的作用倍受关注［20］。
对比正常组织、癌旁组织、癌前病变和癌组织的基因甲基化状态可在某种程度上揭示甲基化在肿瘤发生过程中的作用。Kang，G．H等［21］分别在胃炎、肠化生、胃腺瘤和胃癌组织中检测了APC、COX－2、DAP－ki-nase、E－cadherin、GSTP1、hMLH1、MGMT、p16、p14、RASSF1A、THBS1和TIMP3等12个基因启动子区甲基化状态，结果发现某些基因启动子区在不同病变阶段甲基化状态明显不同，有的增高，有的降低，有的相似，说明某些基因的启动子甲基化在肿瘤发生过程中起到一定作用。同样的结果也发现在经典的小鼠皮肤癌多阶段形成过程中［22］，其他在结直肠癌［23］，前列腺癌［24］，脑胶质瘤［25］也得到类似的结果。但Xu XL等［23］在研究结直肠癌成癌过程中基因甲基化状态时，对其中十个基因的蛋白表达和甲基化状态进行对比发现启动子甲基化的阳性率与蛋白表达的阳性率并无明显关系。这对甲基化基因沉默致癌的理论提出了挑战，但也可以解释如下：因为该实验采用的甲基化检测手段为甲基化特异的聚合酶链反应（Methylation specific PCR，MSP），这是一种检测增益信号的方法，即大量细胞中即使只有少数细胞基因启动子高甲基化即可检测为高甲基化，这些少数的细胞基因甲基化可能并不能明显影响光镜下免疫组化染色后显示的蛋白改变。而这一结果恰恰提示可能基因启动子甲基化正是肿瘤细胞克隆选择增生过程中的事件之一。Ushijima等［26］发现至少有2类胃癌细胞系在增生过程中DNA能不断产生新的甲基化位点，而新发生基因甲基化有可能影响细胞的分化。
基因甲基化不但是肿瘤发生的原因之一，而且在肿瘤浸润转移过程中也发挥作用。肿瘤转移抑制基因和细胞粘附相关基因的启动子区高甲基化导致基因沉默可引起肿瘤侵润转移能力的增强。这种表现已经在非小细胞肺癌的LINE－1、SLIT2，MAL和IGFBP7等基因［27］，乳腺癌的NM23－H1［28］，鼻咽癌的E－cadherin基因［29］等基因中发现，但某些侵润转移抑制基因高甲基化并不在肿瘤的发展过程中起作用，如膀胱癌的KAI1基因［30］。这说明基因高甲基化增强肿瘤侵润转移能力可能只在特定类别肿瘤特定基因上起作用，并不是一种普遍现象。然而，在此类研究中也发现，尽管大多侵润转移抑制基因表达沉默与基因启动子区甲基化紧密相关，但也有例外，如Mehrotra，J等在乳腺癌转移组织中［31］，Li，J．L．，等在肝癌细胞系［32］中均发现少数基因表达沉默但并不伴有启动子高甲基化，因而猜测可能组蛋白修饰，染色质形态改变在起着同样的表达沉默作用。与以上研究不同，Pakneshan，P等［33］发现了高甲基化与肿瘤转移的另一种关系。Urokinase（uPA）基因是一种仅在高侵袭性乳腺癌细胞中表达的基因，Pakneshan，P等［33］利用S－Adenosyl－L－methionine（AdoMet）的甲基化修饰作用处理乳腺癌MDA－231细胞系以增强基因甲基化水平，结果发现Urokinase（uPA）基因表达显著下降，MDA－231细胞侵袭转移能力明显下降。这种作用可被抗甲基化试剂5'－azacytidine逆转，这更进一步说明了增强甲基化水平导致uPA表达沉默而发挥抗转移作用的存在。
2．2肿瘤基因DNA甲基化谱和CpG岛甲基化表型
（CpG island methylator phenotype，CIMP）
2．2．1肿瘤DNA甲基化谱肿瘤细胞的基因组甲基化水平与正常细胞相比有着明显的不同。这种差异体现在肿瘤细胞全基因组水平的低甲基化和局部区域的高甲基化。一个恶变的细胞与其相对的正常细胞相比，其基因组胞嘧啶甲基化水平可降低达20% 60%［34］。与局部基因高甲基化多发生在基因启动子区不同，肿瘤细胞全基因组甲基化的丢失多发生在编码区、内含子区和DNA重复序列［35］。低甲基化和高甲基化同时存在是一种令人费解的现象。目前认为原因之一可能是导致肿瘤细胞基因低甲基化和高甲基化的机制并不相同，有研究表明肿瘤细胞的DNMT表达不仅没有降低，甚至是高表达［36］，因此认为全基因组的低甲基化可能并不是由DNMT活动水平的降低引起的，而有可能存在其他肿瘤细胞特异的去甲基化活动［37］。另一个解释是肿瘤细胞基因组局部区域的高甲基化可能是染色质结构改变的结果，因为有研究表明抑制组蛋白乙酰化的蛋白能阻止基因的去甲基化活动，而组蛋白乙酰化可引起染色质构像的活化［38］。K．E Bachman等［39］也发现P16基因的甲基化可能是由局部染色质结构失活引起的，简言之，可能某些基因的高甲基化是染色质结构改变的结果。
由于肿瘤细胞局部高甲基化一般发生在基因启动子区，可引起相关基因的沉默表达，因而局部高甲基化的研究更受到重视。以多个基因的甲基化状态来标记一类肿瘤，这些基因的甲基化状态就构成了这一类肿瘤的甲基化谱（tumor specific methylation profile）［40］。研究者期望以基因甲基化状态来区分肿瘤的各类特性，目前已有很多关于肿瘤甲基化谱的报道。
Manel Esteller等［41］在2001年发表的一篇文章很具有代表意义。该文对分属15大类常见肿瘤的600个肿瘤组织标本进行研究，用MSP方法对12个CpG岛基因表达相关的关键甲基化位点已明确的基因启动子区进行甲基化检测，这12个基因分属于抑癌基因，DNA错配修复，转移和侵润相关等几大类。结果发现某些基因甲基化状态在不同肿瘤具有相同的特征，而某些基因的甲基化具有一定程度的肿瘤特异性，因而提出3－4种肿瘤基因组成的甲基化谱可作为肿瘤标记在肿瘤分子诊断中发挥作用。如果说该研究仅对各类肿瘤的基因甲基化概率进行了描述，那么后续的研究则进一步证明了肿瘤甲基化谱有可能作为肿瘤特异的标记。Toyooka，S 等［42］检测了8个基因启动子区甲基化在非小细胞肺癌，小细胞肺癌，支气管类癌三类共198个组织样本中的甲基化状态，结果发现非小细胞肺癌的甲基化谱与神经内分泌细胞来源的小细胞肺癌和支气管类癌明显不同，而后两者的甲基化谱相似。类似的特异性甲基化谱在恶性黑色素瘤［43］，结直肠癌［44］，乳腺癌［45］，前列腺癌［46］，肾癌［47］，恶性淋巴瘤，白血病和多发性骨髓瘤［48］等肿瘤中均有发现。不仅如此，某些肿瘤甲基化谱还能区分具有不同临床特征的同一种肿瘤，如Maruyama，R等发现某些基因组成的甲基化谱在不同组织学分级和不同PSA表达水平的前列腺癌中具有明显差别，而且这种差别具有统计学的显著意义［49］。Pu RT等［50］通过对乳腺癌细针穿刺标本和手术标本的甲基化谱对比发现，即使细针穿刺组织亦能基本代表整个肿瘤的甲基化状态，这一发现为肿瘤甲基化谱在临床的应用带来了希望。2．2．2肿瘤基因CpG岛甲基化表型（CpG island methyl-ator phenotype，CIMP）1999年Toyota等［51］发现根据基因多个部位CpG岛的甲基化状态可把结肠癌分为CpG 岛甲基化多见的高甲基化类型（CIMP+）和甲基化罕见的低甲基化类型（CIMP－）。并且在胃癌［52］和胰腺癌［53］中发现了同样的甲基化表型区分现象。但后续的大样本多基因研究并不支持肿瘤CIMP的存在。Ya-mashita等［54］分析了207个结肠癌样本基因组35个CpG 位点后，发现甲基化的CpG位点在结肠癌呈随机分布，因而认为可能并不存在所谓CIMP。Charles［55］等分析了106个原发结直肠癌组织5个基因的启动子区CpG岛甲基化状态后亦认为可能并不存在所谓肿瘤CIMP。
尽管有不少人认为可能并不存在所谓CIMP，但从理论上讲，如果启动甲基化的相关蛋白在不同肿瘤有差别或者不同肿瘤不同基因对甲基化敏感性不同，仍然有可能存在肿瘤CIMP［56］。如Abe等［57］发现一类CIMP可区分预后好的和预后差的神经母细胞瘤，而且这种相关性十分明显。然而证明肿瘤CIMP首先需要解决三个问题［58］，一是保证组成CIMP的甲基化位点在DNA复制过程中能完全保留，即具有遗传稳定性。二是确定哪些部位的CpG岛构成CIMP的判断位点。三是应除外正常细胞生长过程中涉及到的甲基化位点。解决这三个问题并不简单，总之，CIMP是否存在仍需要进一步研究。2．3甲基化与肿瘤早期预测和诊断
肿瘤患者血清中的DNA含量高于正常人是最近发现的一个现象。作为一种相对较稳定的物质，体液DNA 可能包含有的肿瘤相关信息已越来越受重视。不仅在血清中，利用敏感的PCR方法可以还在肺癌患者的唾液［59］，乳腺癌患者的乳头溢液［60］，泌尿系肿瘤患者的尿液［61］中扩增到感兴趣DNA片断的信息，从而间接认识原发肿瘤。体液DNA甲基化状态便是其中之一。体液提取DNA的特定基因甲基化状态与肿瘤的诊断和预后有一定关系。
Goessl，C等［62，63］在2000年和2001年两篇文章中报道了GSTP1基因在良性前列腺疾病和前列腺癌患者原发癌、血清，前列腺分泌液，尿液中提取的DNA中甲基化状态，发现GSTP1基因甲基化对前列腺癌具有良好的代表性，前列腺癌患者体液提取DNA的GSTP1甲基化状态与原发癌阳性符合率达100%，因而可作为前列腺癌诊断的有效指标。在肺癌［64］，肝癌［65］，胃癌［66］，结直肠癌［67］，乳腺癌［68］中，也发现了某些基因启动子区甲
基化在体液提取DNA中的状态与肿瘤诊断和预后有一定关系。这些基因中，研究最多的是P16基因。但从P16基因甲基化在多个肿瘤的研究结果看，单基因甲基化作为肿瘤诊断预后的指标显然不够。有6篇文献分别认为体液提取DNAP16基因甲基化与食管癌，结直肠癌，胃癌，膀胱癌，乳腺癌的诊断或预后相关，显然诸多相关的结果是缺乏特异性。因此，结合多个基因作为体液提取DNA甲基化状态用于肿瘤早期诊断和（或）预后是一个方向［69］。此外，在所有以上研究中有一个共有的发现便是体液提取DNA的甲基化状态与原发肿瘤的甲基化状态具有惊人的相似性，即所有在体液提取DNA 基因中有高甲基化的基因几乎100%的存在于对应的原发癌，这进一步证明了体液提取DNA与原发肿瘤的关系。
体液提取DNA甲基化状态不仅在肿瘤诊断和预后中具有潜力，而且在预测肿瘤对药物的治疗反应中也有作用。Fiegl H等［70］对148位接受他莫昔芬辅助化疗的乳腺癌患者术前和术后1年的血清提取DNA中RASSF1A基因甲基化状态进行分析，结果发现如RASSF1A基因甲基化在术后消失则表示对他莫昔芬治疗有反应，如持续存在或新发生甲基化则表示对他莫昔芬治疗有抵抗。这是肿瘤基因甲基化的一个新的研究方向。
粪便提取人肠道脱落细胞DNA行基因甲基化检测筛查大肠癌是近年甲基化检测应用于肿瘤早期诊断最值得关注和领域。一些基因检测公司已设计了相关粪便DNA甲基化检测试剂盒［71］，应用于肠道肿瘤筛检获得了较好的效果。如Ahlquist等［72］用BMP3，NDRG4，TFPI2和VIMENTIN等4个基因启动子区甲基化检测筛检大肠癌和进展期腺瘤，对大肠癌和进展期腺瘤的敏感性分别达到了87%和85%。
2．4肿瘤基因甲基化与抗肿瘤治疗
肿瘤细胞相对于正常细胞有全基因组低甲基化和局部基因高甲基化是甲基化相关抗肿瘤治疗的基础。目前甲基化相关抗肿瘤治疗主要集中在两个方面：一是高甲基化抑癌基因去甲基化从而抑制肿瘤生长，二是转移相关基因增强甲基化水平抑制表达从而减少肿瘤细胞侵袭转移能力。
2．4．1抗甲基化抑制肿瘤生长已知5－aza－deoxy－cytidine是一种强大的抗甲基化化合物。它是胞嘧啶的类似物，磷酸化后转入DNA，在细胞DNA的复制过程中阻止DNMT1与DNA序列的结合从而达到抑制DNMT1转移甲基的目的。对DNMT1基因敲除或sRNA干扰的实验均发现抗DNMT可导致去甲基化和抑癌基因的重新表达。因此，抗甲基化逆转抑癌基因的沉默表达是甲基化应用于抗肿瘤干预或治疗的最大热点。目前DN-MT1反义核酸和5－aza－cytidine等均已有临床试验正在进行，如5－aza－cytidine即使用于复发性急性髓细胞白血病的II期临床试验甚至得到了33%CR，17%PR的反应率［73］，虽然没有在实体肿瘤看到类似的疗效，但这一结果已足以令人鼓舞。
然而，如果认为既然DNA甲基化在致癌过程中发挥作用，通过抑制DNMT达到消除抑癌基因的甲基化从而对抗肿瘤就是这些抗甲基化试剂抗肿瘤的机制未免过于简单。首先，我们需要考虑甲基化是否是基因失活的首要条件或者说明确甲基化在基因失活中究竟是原因还是结果。KE Bachman等［39］发现虽然P16基因甲基化与基因失活相关，但似乎染色质结构改变才是导致基因失活的首要原因，因为P16基因的甲基化出现在染色质结构改变之后。如果这一结论成立，则通过抗甲基化治疗肿瘤的原理便不能成立。其次，已知DNMT1本身具有细胞恶性转化的作用，这种作用可通过Ras和c－Fos信号通路产生。而且DNMT1蛋白具有一个长的N 末端调控区域，可以与HDAC1［74］，HDAC2［75］等多种蛋白相结合。Gray等［76］发现DNMT1抑制剂引起人肺癌A549细胞P21基因重新表达并不与甲基化相关。因此，如果DNMT1抗肿瘤活性独立于基因甲基化以外存在，则抗甲基化治疗肿瘤的理论同样受挑战。尽管目前已有多个抗甲基化药物进行了抗肿瘤的临床试验（见表），也发现了抗甲基化药物的确切疗效，但抗甲基化药物是否能真正用于临床还有诸多的疑问。
2．4．2增强甲基化水平抗肿瘤转移肿瘤细胞在不断增生过程中，因此其基因甲基化状态并不是固定不变的，而是个甲基化和去甲基化相平衡的动态变化过程。但某些基因如转移相关的uPA在高转移肿瘤中总能保持去甲基化的状态，使uPA持续表达而促进转移。因此，如能使肿瘤转移正相关基因持续高甲基化而失活则可抑制肿瘤的转移。虽然目前对高转移肿瘤中转移正相关基因的持续去甲基化机制并不清楚，但已有不少研究发现至少有两种方法可以在一定程度上逆转这种持续的去甲基化状态。
其一是抑制MDB2的表达。Pakneshan P等［33］发现当MDB2被反义核酸抑制后，转移乳腺癌细胞系中uPA 的表达明显下降。反义核酸作用于MDB2mRNA［77］或MDB2基因敲除［78］均能达到抑制肿瘤生成的作用。因此，MDB2具有的去甲基化活性可能作为一种甲基化调控因素在转移正相关基因的表达中起作用。此外，有研究表明MDB2还与肺癌的LRP基因，卵巢癌的C－ERB2和SURVIVIN基因，胃癌的MYC和hMSH2基因的去甲基化状态和表达具有相关性［79，80］。然而，虽然MDB2在逆转转移正相关基因持续去甲基化中的作用已有较多实验证明，但其发生的机制尚待进一步研究。
另一种方法是提供甲基供体促进基因甲基化。SAM是一种甲基化供体，SAM可明显抑制肝癌的发生，而且这种作用可被同时使用5－Aza而抵消，可以推测SAM的抗肿瘤活性可能来自其促进甲基化的作用。但
Detich，N等［81］研究却发现其作用的发挥似乎并不是由于其提供甲基，而是因为SAM能抑制MDB2的去甲基化活性。除SAM外，食物中的叶酸作为一种甲基化供体的抗肿瘤作用也受到重视。有研究表明饮食中叶酸摄入量低将升高患结直肠癌的风险，这种作用在叶酸代谢酶MTHFR突变情况下更加明显［82］。叶酸不但可作用于肠粘膜，补救DCC杂合性缺失的不足，稳定其蛋白，还可通过降低EGFR的功能来抑制细胞异常增生。尽管已有多个临床试验支持高叶酸摄入可在一定程度上预防结直肠癌，但鉴于高叶酸摄入对其他如抑癌基因的甲基化状态影响不明确，因此，叶酸是否可作为药物来大规模应用于结直肠癌预防仍不明确。
2．4．3靶向甲基化干预通过干预DNA甲基化达到治疗肿瘤的目的，无论是抗甲基化还是增强甲基化，我们都需要了解彼此对应的副作用。目前认为，抗甲基化激活抑癌基因能抑制肿瘤生长，但有促进肿瘤转移的风险。相反的，增强甲基化水平能使转移正相关基因表达沉默从而抑制转移，目前并不清楚增强甲基化水平的治疗对抑癌基因的影响，鉴于肿瘤转移更具有威胁性，如抑癌基因的甲基化倾向不甚明显，或许能在一定程度上忽视这种作用。
然而，最佳的结果仍然是靶向的治疗，针对基因的甲基化干预。短的双链RNA能引起序列相同的植物基因启动子序列甲基化，从而发生RNA引导的DNA甲基化基因沉默。令人兴奋的是Kawasaki和Taira等［83］发现这种情况同样存在于人乳腺癌细胞和正常的乳腺上皮细胞。RNA干扰不仅能引起转录后mRNA的降解，而且能引起RNA介导的基因启动子区DNA甲基化基因沉默。他们的实验发现针对E－cadherin基因启动子区CpG岛的siRNA明显增加了乳腺癌MCF7细胞系该基因启动子区的甲基化，而且证明这是个RNAi序列特异的事件。在正常乳腺上皮中，这种现象还可被5'－aza－2'－deoxycytidine所逆转。在甲基化发生后，E－cadherin 基因转录mRNA数量明显减少，特别是在用多个siRNA 阻断后。这篇发表在2004年Nature杂志上的文章为靶向甲基化干预开创了希望。利用蛋白构象的变化靶向干预DNA甲基化已取得一定进展，但效果还有待进一步验证［84，85］。
综上所述，肿瘤细胞DNA具有全基因组低甲基化和局部区域高甲基化的特征，其发生的部位不同，作用亦不同。DNA启动子区甲基化与基因表达沉默相关，尽管目前尚不能肯定这种相关是否是直接的因果关系，但这并不妨碍我们得出DNA甲基化与肿瘤的发生发展相关的结论，我们甚至有理由怀疑DNA甲基化是肿瘤细胞克隆异化选择的分子事件之一。肿瘤细胞基因甲基化的遗传可能并不稳定，但我们还是能找到一类肿瘤较确定的甲基化谱，虽然这种甲基化谱可能无法与肿瘤的临床特征绝对相关，但这至少从一侧面反映了不同基因甲基化在肿瘤发生发展中的不同作用。不仅如此，体液中提取的DNA甲基化状态也能在一定程度上反映肿瘤的存在甚或反映对治疗的反应。然而，针对肿瘤细胞甲基化采取的抗肿瘤干预或治疗在取得令人鼓舞的成绩的同时似乎又陷入了一种困境，这种困境要求我们在明确抗肿瘤作用发生机制的同时，尝试甲基化的靶向干预和治疗，而siRNA介导的基因启动子区甲基化基因沉默为此带来了希望。
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（收稿日期：2012－10－10）
DNA甲基化和肿瘤的关系
DNA 甲基化与肿瘤 一、DNA甲基化与基因表达 5-甲基胞嘧啶是天然存在的修饰碱基，甲基化的 mCpG ，在DNA 双链中对称出现。哺乳类动物基因组约60 %的表达基因5′端启动子存在未被甲基化的CpG岛,而启动子区域外的CpG岛大都为 mCpG。正常情况下，非活化的X染色体、印迹基因等的启动子区域的CpG岛为甲基化状态，而看家基因的 CpG岛则是去甲基化状态。 DNA 甲基化状态与基因表达呈负相关。其调控作用主要在转录水平抑制基因表达。 DNA甲基化的检测方法 经过亚硫酸盐处理后的DNA中胞嘧啶（C）转变为胸腺嘧啶（T）,但是甲基化的中的CpG二核苷酸C 未转变为T，而无甲基化的CpG二核苷酸则发生这种转变，由此可以推断DNA是否发生甲基化。TATAGGGCGAATTGGGCCCTCTAGATGCATGCTCGAGCGG CCGCCAGTGTGATGGATATCTGCAGAATTGCCCTTTAGTAT TGTTTGGTGAAATGGTACGTGTTTATAATTTTAGTTATTTAG GAGGTTGAGGTAGGAGGATTTTTTGAGTTTAGGAGTTTAA GTTTAGTTTGGGTAATATAGTTTAGTGGTTATATTAAAAAA AGTAAAATAGTCGGGCGCGGTGGTTTACGTTTGTAATTTTA GTATTTTGGGAGGTCGAGGCGGGTGGATTACGAGGTTAGG AGGTTGAGATTATTTTAAGGGCAAT
DNA 甲基化抑制基因转录的分子机制 ①DNA 双螺旋结构的大沟为DNA 与多种转录因子的作用部位，mCpG的甲基化胞嘧啶突入大沟，抑制转录因子的结合而抑制转录。②mCpG 激活阻遏蛋白因子，如DMAP1、TSG101、 Mi2等，通过阻遏蛋白因子的作用抑制转录。③DNA甲基化与组蛋白乙酰化的研究发现，组蛋白H3、H4 的赖氨酸去乙酰化后带负电荷,与带正电荷的DNA 结合更紧密,不利于转录过程中的聚合物解聚，从而抑制基因转录。甲基化的CpG 结合蛋白(MeCPs) 与DNA 的mCpG结合,并与组氨酸去乙酰化酶(HDAC) 形成复合物共同抑制转录。 二、DNA甲基化与肿瘤 以往的研究认为癌基因激活、抑癌基因失活主要是基因突变、缺失导致的DNA 序列改变。在肿瘤研究中，检测到许多肿瘤的重要基因并未发生突变、缺失，基因表达的异常主要通过DNA 甲基化实现。癌基因的去甲基化和抑癌基因的甲基化状态，可导致癌基因激活、抑癌基因的失活。癌基因的低甲基化和抑癌基因的高甲基化改变是肿瘤细胞的一个重要特征。 DNA 甲基化状态的改变导致基因结构和功能的异常，与肿瘤发生的关系是近年来研究的热点。 DNA甲基化的异常与基因突变、缺失等基因组异常也有密切的关系
DNA甲基化
DNA甲基化概述 在哺乳动物基因组中，甲基化是一种表观遗传机制，包括将甲基转移到胞嘧啶的C5位置形成5-甲基胞嘧啶。DNA甲基化通过招募参与基因抑制的蛋白或通过抑制转录因子与DNA的结合来调节基因表达。在发育过程中，DNA甲基化的模式在基因组中发生变化，这是DNA从头甲基化和去甲基化的动态过程的结果。 DNA甲基化是被一个甲基转移酶家族所催化，转移S腺苷甲硫氨酸(SAM)的一个甲基到第五个碳胞嘧啶残基形成5mc , Dnmt3a和Dnmt3b可以建立一个新的DNA甲基化模式来去修饰DNA，被称为从头甲基化。另一方面，Dnmt1在DNA复制过程中起作用，将亲代DNA链上的甲基化模式复制到新合成的子链上。这三种DNA都广泛参与胚胎的发育。这三种DNA都广泛参与胚胎的发育。当细胞到达终末分化时，Dnmt的表达大大降低。这似乎表明有丝分裂后细胞的DNA甲基化模式是稳定的。 大部分DNA的甲基化发生在鸟嘌呤核苷酸或CpG位点之前的胞嘧啶上。总的来说，哺乳动物基因组中CpG位点的减少可能是由于5 - mc可脱氨成胸腺嘧啶的诱变潜力。剩余的CpG位点分布在整个基因组中，除了CpG岛外，它们都被严重甲基化。DNA甲基化对沉默逆转录病毒分子、调节组织特异性基因表达、基因印记和X染色体失活至关重要。不同基因组区域的DNA甲基化可能根据潜在的遗传序列对基因活动产生不同的影响。 一、DNA甲基化的位置 1.1 基因间区 大约45%的哺乳动物基因组由转座因子和病毒因子组成，这些因子被大量甲基化而沉默。这些元素中的绝大多数是通过DNA甲基化或随着时间的推移由于5mC的破坏而产生的突变而失活的。如果表达，这些元素是潜在的有害的，因为它们的复制和插入可以导致基因损坏和DNA突变。胞内颗粒(IAP)是小鼠基因组中最具侵袭性的逆转录病毒之一。在整个生命过程中，IAP在配子形成、发育和成年阶段都被高度甲基化。甚至在胚胎内部，当基因组其余部分相对低甲基化时，Dnmtl维持对IAP元件的抑制。当Dnmtl被基因突变耗尽，导致广泛的低甲基化时，IAP元素被表达。这表明，在基因间区，DNA甲基化的主要作用之一是抑制潜在有害基因元素的表达。 1.2 CpG岛 CpG岛是大约1000个碱基对长度的DNA延伸，它们的CpG密度比基因组的其他部分高，但通常不会甲基化。大多数基因启动子，大约70%，在CpG岛。特别是，管家基因的启动子常常嵌入到CpG岛。CpG岛，尤其是那些与启动子相关的基因在小鼠和人类之间高度保守。在整个进化过程中，CpG岛屿的位置和保存意味着这些区域具有重要的功能。 CpG岛通过调控染色质结构和转录因子的结合来促进基因表达。DNA有规律地包裹在组蛋白周围，形成被称为核小体的小段。DNA与组蛋白的联系越紧密，对基因表达的宽容程度就越低。CpG岛的一个共同特征是，它们比其他DNA片段包含更少的核团。与CpG 岛相关的少数核小体常含有组蛋白，其修饰涉及增强基因表达。尽管约50%的CpG岛包含已知的转录起始位点，但CpG岛往往缺乏常见的启动子元件，如TATA boxes 。由于许多转录因子结合位点富含GC, CpG岛可能会增强对转录起始位点的结合。CpG岛虽然缺乏共同的启动子元件，但却能增强DNA的可达性，促进转录因子的结合。 CpG岛的甲基化导致了稳定的基因表达沉默。在配子发生和胚胎早期发育期间，CpG 岛经历了差异甲基化。通过CpG岛调控基因表达的甲基化能力对建立很重要。印迹基因仅由两个遗传亲本染色体中的一个表达，它们的表达由遗传亲本决定。除了印迹基因外，CpG
DNA甲基化的总结
DNA甲基化是指在DNA甲基转移酶(DNMTs)的催化下,将甲基基团转移到胞嘧啶碱基上的一种修饰方式。它主要发生在富含双核苷酸CpG岛的区域,在人类基因组中有近5万个CpG岛[5]。正常情况下CpG岛是以非甲基化形式(活跃形式)存在的，DNA甲基化可导致基因表达沉默。DNMTs的活性异常与疾病有密切的关系,例如位于染色体上的DNMT3B基因突变可导致ICF综合征。有报道[6]表明，重度女性侵袭性牙周炎的发生与2条X染色体上TMP1基因去甲基化比例增高有关。DNMT基因的过量表达与精神分裂症和情绪障碍等精神疾病的发生也密切相关。风湿性疾病等自身免疫性疾病特别是系统性红斑狼疮(SLE)与DNA甲基化之间关系已经确定[7]，在SLE病人的T细胞发现DNMTs活性降低导致的异常低甲基化。启动子区的CpG岛过度甲基化使抑癌基因沉默,基因组总体甲基化水平降低导致一些在正常情况下受到抑制的基因如癌基因被激活[8],都会导致细胞癌变。 甲基化作用是转录水平上表达调控的基本方式之一。由于宿主细胞基因组DNA中不 同位点的甲基化程度存在某种平衡，并形成一定的空间结构特点。一旦转基因的整合破坏了这种平衡及空间特征，破坏后的结构便成为宿主基因组防御系统识别的信号，使新整合的DNA 序列发生不同程度的甲基化，甲基化基因序列则通过抑制甲基化DNA结合蛋白(MeCP2)的结合而抑制转录的顺利进行Ⅲo。在拟南芥中发现了DNA甲基化可以导致基因沉默汹埘]。在基因沉默过程中，外源或内源性信号引起部分DNA序列中CpG的甲基化，甲基化CpG结合域蛋白2(MeCP2)结合到甲基化的胞嘧啶上聚集HDACs使组蛋白去乙酰化，该蛋白与去乙酰化的组蛋白通过聚集更多的DNA 甲基转移酶来加强沉默信号，从而引起基因沉默H?。 ?。DNA甲基化对染色质结构和基因表达的作用很可能是通过一组蛋白介导的，这些蛋白可能含有共同的高度保守的甲基化的CpG结合结构域(MBD)L45 J。DNA甲基化在基因印记、x染色体失活、某些疾病的发生发展中发挥重要作用。其直接作用机制可能是CpG岛甲基化干扰了一些转录因子(transcription factor，TF)与基因调控区的结合，使甲基从DNA分子大沟中突出，从而阻止转录 因子与基因相互作用。间接机制可能是由于甲基化DNA与甲基化DNA结合蛋白结合或DNA甲基化改变染色质结构，这2种情况都间接阻碍TF与DNA结合从而抑制转录m1。DNA甲基化一般是通过转录抑制机制来调节特定基因的，具体的机制可能有：5一MeC伸入DNA双螺旋大沟，影响转录因子的结合；序列特异的甲基化DNA结合蛋白(MDBP一1，MDBP一2)与甲基化的启动子序列特异性结合而抑制转录因子与靶序列的结合；甲基化CpG结合蛋白(MeCPl，MeCP2)与甲基化的二核苷酸CpG结合，发挥类似转录抑制蛋白的作用H“。一般DNA甲基化会通过干扰转录因子与识别位点结合和招募组蛋白乙酰转移酶(histon acefltransfeI"SeS，HATs)、组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylases，HDACs)形成辅助阻遏复合体，使基因沉默而抑制其表达，而去甲基化则使沉默的基因重新激活Ⅲ卜 ＤＮＡ甲基化尤其是基因启动子区ＣｐＧ岛的高甲基化，会导致基因表达的下降或沉默。甲基化抑制基因的表达目前认为要有两个方面，一方面甲基化引起的基因结构改变可直接阻碍一些转录因子与其结合位的结合；另一方面可能与一些甲基化
DNA甲基化研究综述
DNA甲基化研究综述 The summarize of the research on DNA methylation 郭文媛 （生物技术 1353227） 摘要：DNA 甲基化是真核生物表观遗传学中一种重要的基因表达调控方式，是一种酶催化的修饰过程。其是在DNA 甲基转移酶催化下，将甲基基团转移到胞嘧啶的5 位碳原子上，使之转变成5-甲基胞嘧啶的化学修饰过程。在人类和其他哺乳动物中，此修饰过程通常发生在5'-CpG-'二核苷酸的胞嘧啶上。大量相关研究表明，DNA 甲基化与人类疾病密切相关。 Abstract:DNA methylation is an important epigenetic regulation of gene expression in eukaryotes．It is a kind of enzyme catalysis modification process: refers to the chemical modification process of DNA methyltransferase catalysis，the transfer of methyl groups onto cytosine carbon atom 5，making them into 5-methyl cytosine．In humans and other mammals，the modification process usually occurs in 5＇CpG -＇dinucleotide cytosine．A large number of relevant studies have shown that DNA methylation is closely related to human diseases． 关键词: DNA 甲基化; 甲基转移酶;表观遗传学; CpG 岛; Dnmt1; Dnmt3a; Dnmt3b; 基因沉默; DNA甲基化结合蛋白; 人类表观基因组计划 Key words:DNA methylation; Methyltransferase; Epigenetics; CpG island; Dnmt1; Dnmt3a; Dnmt3b ; Gene Silencing ;MBD; human epigenomeproject 表观遗传学研究的是不改变DNA 的一级结构而改变表型的一种基因表达调控机制，主要包括DNA 甲基化、组蛋白修饰、染色体重构、RNA 干扰等。 DNA甲基化是重要的表观遗传修饰之一，在大多数真核生物中广泛存在。DNA 甲基化水平受到环境、疾病、年龄和性别等因素的影响，处于动态的变化过程中。不同的细胞、组织或个体之间，甚至同一细胞或个体的不同发育时期，其DNA 甲基化状态和程度都可能存有差异。 2003 年10 月，人类表观基因组计划委员会正式宣布投资和启动人类表观基因组计划( human epigenomeproject，HEP) 。HEP 的主要目标是研究人类所有基因在主要组织以及200 多种细胞中正常和疾病状态下的甲基化模式，并在基因组水平绘制不同组织正常和疾病状态时的甲基化变异位点图谱[4]，本文结合2013年至今DNA甲基化研究文献，综述了DNA甲基化分布特点和与疾病关系等方面的研究情况。 1.DNA甲基化 1.1DNA甲基化与DNA去甲基化 DNA 甲基化是表观遗传( Epigenetic) 的一种重要表现方式，指在DNA 甲基转移酶( DNA methyltransferase，DMT) 的催化下，以s －腺苷甲硫氨酸( SAM) 为甲基供体，将甲基转移到特定碱基上的过程。 DNA 去甲基化也被称为DNA 甲基化丢失(lossof DNA methylation), 即甲基基团从胞嘧 啶上消失的过程。包含主动去甲基化与被动去甲基化2 种模式。 1.2DNA甲基化分布 DNA 甲基化在生物体内的分布并不是随机的，而是呈现一定的规律性。
DNA甲基化详解
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)的主要研究内容。其实，早在1942年，C.H.Waddinton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(DNA methylation)最为常见，成为表观遗传学的重要组成部分。随着人类基因组计划的开展，科学家们开始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 Epigenome Consortium)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计划(Pilot Project)。该计划顺利完成，引导启动了2003年的人类表观基因组计划(Human Epigenome Project，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计划。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计划(Cancer Genome 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-CpG Binding Proteins,MBDs) 和DNA甲基化转移酶(DNA 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，在基因组的某些区域中，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(CpG Islands, CGIs)。CpG岛的概念最早由Adrian Bird提出，他称之为
DNA甲基化原理
DNA甲基化 甲基化检测服务-亚硫酸氢钠处理后测序法(bisulfite genomic sequencing PCR, BSP)是利用未甲基化的胞嘧啶可以被亚硫酸氢钠发生脱氨基变为尿嘧啶的原理，用两一特异性引物扩增后测序。测序法克服了只能针对单个位点检测，并且这些位点必须是限制性内切酶识别位点的缺点，可以对任何基因序列的甲基化状态进行检测。 甲基特异性的PCR扩增（MS-PCR）示意图 DNA甲基化（英语：DNA methylation） DNA甲基化是一种表观遗传修饰，它是由DNA甲基转移酶（DNA methyl-transferase, DNMT）催化S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosylmethionine, SAM)作为甲基供体，将胞嘧啶转变为5-甲基胞嘧啶（mC）的一种反应，在真核生物DNA中，5-甲基胞嘧啶是唯一存在的化学性修饰碱基。CG二核苷酸是最主要的甲基化位点，它在基因组中呈不均匀分布，存在高甲基化、低甲基化和非甲基化的区域，在哺乳动物中mC约占C总量的2－7％。DNA甲基化是表观遗传修饰的主要方式，能在不改变DNA序列的前提下，改变遗传表现。为外遗传编码（epigenetic code）的一部分，是一种外遗传机制。DNA甲基化过程会使甲基添加到DNA分子上，例如在胞嘧啶环的5'碳上：这种5'方向的DNA甲基化方式可见於所有脊椎动物。在人类细胞内，大约有1%的DNA碱基受到了甲基化。在成熟体细胞组织中，DNA甲基化一般发生於CpG双核苷酸（CpG dinucleotide）部位；而非CpG甲基化则於胚胎干细胞中较为常见。植物体内胞嘧啶的甲基化则可分为对称的CpG（或CpNpG），或是不对称的CpNpNp形式（C与G是碱基；p是磷酸根；N指的是任意的核苷酸）。特定胞嘧碇受甲基化的情形，可利用亚硫酸盐定序（bisulfite sequencing）方式测定。DNA甲基化可能使基因沉默化，进而使其失去功能。此外，也有一些生物体内不存在DNA甲基化作用。
DNA甲基化综述
分子生物学综述 题目：DNA甲基化的研究方法与技术姓名： 班级： 学号：
摘要：DNA 甲基化是表观遗传学(Epigenetics)的重要组成部分，在维持正常细胞功能、遗传印记、胚胎发育以及人类肿瘤发生中起着重要作用，是目前新的研究热点之一。随着对甲基化研究的不断深入，各种各样甲基化检测方法被开发出来以满足不同类型研究的要求。这些方法概括起来可分为三类：基因组整体水平的甲基化检测、基因特异位点甲基化的检测和新甲基化位点的寻找。 关键字：表观遗传学；DNA甲基化；甲基化研究方法 1 导言 早在1942年,C.H.Waddington首次提出表观遗传学(epigenetics)的概念,并指出表观遗传与遗传是相对的,它主要研究基因型和表型的关系。几十年后,霍利迪(R. Holiday)针对表观遗传学提出了更新的系统性论断，也就是人们现在比较统一的认识[1]，即在不改变基因组序列的前提下，通过DNA和组蛋白的修饰来调控基因表达，这种修饰以DNA甲基化最为常见。其主要任务是绘制出人类基因组中甲基化可变位点图谱，即不同组织与疾病状态下，5-甲基胞嘧啶出现及其分布频率的图谱，以指导和系统地研究DNA甲基化在人类表观遗传、胚胎发育、基因印记、等位基因失活及肿瘤发生中的重要作用[2]。DNA甲基化的研究，逐渐成为新的研究热点。随着对甲基化研究的不断深入，各种各样甲基化检测方法被开发出来以满足不同类型研究的要求。让我一一介绍现有的大部分DNA甲基化研究方法，并对其相关特性进行简要分析与总结。
DNA甲基化是最早发现的基因表观修饰方式之一,可能存在于所有高等生物中。DNA甲基化能关闭某些基因的活性，去甲基化则诱导了基因的重新活化和表达。甲基化的主要形式有5-甲基胞嘧啶,N6-甲基腺嘌呤和7-甲基鸟嘌呤。原核生物中CCA/TGG和GATC常被甲基化，而真核生物中甲基化仅发生于胞嘧啶。DNA的甲基化是在DNA甲基化转移酶（DNMTs）的作用下使CpG二核苷酸5'端的胞嘧啶转变为5'甲基胞嘧啶。这种DNA修饰方式并没有改变基因序列，但是它调控了基因的 表达[3]。脊椎动物基因的甲基化状态有三种：持续的低甲基化状态,如管家基因；去甲基化状态,如发育阶段中的一些基因；高度甲基化状态,如女性的一条失活的X染色体[4]。 1.2 DNA 甲基化的生物学作用 1.2.1 DNA 甲基化与遗传印记、胚胎发育 DNA甲基化在维持正常细胞功能、遗传印记、胚胎发育过程中起着极其重要的作用。研究表明胚胎的正常发育得益于基因组DNA适当的甲基化。例如：缺少任何一种甲基转移酶对小鼠胚胎的发育都是致死性的（Li 等1992年和Okano等1999年）[3]。此外，等位基因的抑制(allelic repression)被印记控制区(imprinting control regions,ICRs)所调控,该区域在双亲中的一个等位基因是甲基化的[4]。印记基因的异常表达可以引发伴有突变和表型缺陷的多种人类疾病。如：脐疝-巨舌-巨大发育综合征(Beckwith-Wiedemann Syndrome, BWS)和Prader-Willi/Angelman综合征等[5]。
DNA甲基化
人类基因组单体型图细胞株中与遗传和基因表达变化有关的DNA甲基化模型 摘要 背景：DNA甲基化是参与基因调控和疾病的一种重要表观遗传学机制，但很 少人知道在个体间甲基化机制存在差异。在这，我们从77个图约鲁巴人的人类基因组单体中测量了22,290 CpG二核苷酸的淋巴母细胞系的甲基化水平，同时也使用了全基因组的基因表达和基因型数据。 结果：通过对超过三百万常见的单核苷酸多态性（SNP）位点的甲基化水平关联的分析，我们确定在173个基因的180个CpG双核苷酸位点与附近的单核苷酸多态性（独联体通常在5 KB内）的错误发现率为10％。在迪斯科相互 作用蛋白2的同源基因B（DIP2B，以前推测在DNA甲基化中发挥作用）中发现SNP rs10876043是最有趣的传输信号，全基因范围内的信号与第一组分的甲基化模式是有联系的。而且我们发现在整体信号联系中只有少量的反式作用。正如预期的那样，通过测量的RNA序列，我们发现基因的启动子甲基化和基因表达水平呈负相关关系。最后，发现有一个显着的SNP位点重叠，均与甲基化与基因的表达水平有关。 结论：我们的研究结果显示在个体间的差异在DNA甲基化方面有很强的遗传成 分。此外，丰富的单核苷酸多态性会影响甲基化和基因表达，为共享机制的一小部分的基因提供了证据。 背景：D NA甲基化在真核生物的基因组起着重要的调节作用。甲基化的改变可以影响转录和表型的变化[1]，但DNA甲基化本身的变化根源，现在仍然知之甚少。大量证据确实存在DNA甲基化的个体差异随着年龄的增长[2,3]，组织[4,5]，物种[6]。在哺乳动物中，DNA甲基化是通过DNA甲基转移酶（转移酶）介导的，是在复制过程中负责重新甲基化和维持甲基化模式。参与合成的甲基化和DNA去甲基化的基因也可以影响甲基化的变化。例如，突变的甲基转移酶DNMT3L[7]和亚甲基四氢酸还原酶MTHFR[8]基因可导致人的血液中DNA低甲基化。这些变化发生在全基因组水平，与遗传变异是不同的，而是有针对性的对基因组区域影响DNA甲基化变异，例如，在H19/IGF2位点的差异性甲基化与遗传多态性有关9]。 最近的证据表明，DNA甲基化的依赖所在基因的序列含量[10?12]。在对家庭与双胞胎甲基化模式的研究中发现有很强的遗传效应，但随机因素和环境因素也有可能发挥重要作用2,14]。最近的工作表明，基因变异可能对所在的甲基化模式有重大影响[5,15-18]，但影响甲基化的遗传变异是何种程度，机制尚不清楚。此外，在DNA甲基化变化的基础上对个体基因表达影响到何种程度，仍然是未知之数。
DNA甲基化和去甲基化的研究现状及思考_邓大君
Hereditas (Beijing) 2014年5月, 36(5): 403―410 https://www.wendangku.net/doc/334595812.html, 综 述 收稿日期: 2014-01-07; 修回日期: 2014-01-27 基金项目:国家自然科学基金项目(编号：30921140311，31261140372)资助 作者简介:邓大君，教授，研究方向：肿瘤病因学和DNA 甲基化研究。E-mail ：dengdajun@https://www.wendangku.net/doc/334595812.html, DOI: 10.3724/SP.J.1005.2014.0403 网络出版时间: 2014-3-3 12:41:25 URL: https://www.wendangku.net/doc/334595812.html,/kcms/detail/11.1913.R.20140303.1241.001.html DNA 甲基化和去甲基化的研究现状及思考 邓大君 北京大学肿瘤医院／研究所, 北京 100142 摘要: DNA 甲基化通过调节基因转录、印记、X 染色体灭活和防御外源性遗传物质入侵等, 在细胞分化、胚胎 发育、环境适应和疾病发生发展上发挥重要作用, 是当前表观遗传学研究的热点领域之一。文章介绍了在过去几年中TET 介导的DNA 羟甲基化及其在早期胚胎发育中的作用, DNA 主动去甲基化及其与被动去甲基化的关系, DNA 甲基化建立及其与组蛋白修饰、染色质构象、多梳蛋白和非编码RNA 结合等关系方面的重要研究进展和存在的问题以及DNA 甲基化的转化应用前景。 关键词: DNA 甲基化; 去甲基化; 表观遗传学; 稳态; 转化研究 DNA methylation and demethylation: current status and future per-spective Dajun Deng Peking University Cancer Hospital and Institute , Beijing 100142, China Abstract: DNA methylation plays important roles in cell differentiation, embryonic development, host adaptations to environmental factors, and pathogenesis through regulation of gene transcription and imprinting, X-inactivation, and de-fense of foreign genetic material invasion, is currently one of the hottest research fields on epigenetics. In the past few years, a number of important findings on DNA methylation have been achieved. These findings include discovery of TETs-catalyzed cytosine hydroxymethylation and its functions in the early embryonic development; the relationship be-tween active and passive DNA demethylation; establishment and maintenance of DNA methylation patterns and their asso-ciations with histone modifications, chromatin configuration, polycomb group proteins and non-coding RNA bindings. DNA methylation has become a new potential biomarker and therapy target. Keywords: DNA methylation; demethylation; epigenetics; homeostasis; translational research DNA 甲基化是指DNA 序列中的腺嘌呤(A)或胞嘧啶(C)碱基在甲基化转移酶的催化下与甲基发生共价结合, 可在细胞分裂过程中传递给子细胞的表 观遗传现象。由DNA 腺嘌呤甲基化酶(DNA adenine methylase, DAM)催化形成的O 6-甲基腺嘌呤(6mA)是一种CTAG 序列复制后维持甲基化, 在细菌表观
DNA甲基化功能汇总
Functions of DNA methylation: islands, start sites, gene bodies and beyond DNA甲基化功能：岛，起始位点，基因体和其他 peter a. jones 摘要DNA 甲基化通常被描述为一个“沉默”的表观遗传标记，的确，5-甲基胞嘧啶的功能最初是在20世纪70年代提出。现在，归功于甲基化绘图的基因组规模的改良，我们可以评估在不同的基因组背景下的DNA甲基化：在基因体上，在调控元件和重复序列上，转录起始位点有或者没有CpG岛。新出现的图片是DNA甲基化功能似乎随背景而改变，DNA甲基化和转录的关系比我们最先认识到的更为微妙。有必要提高我们对DNA甲基化的功能的理解，为了解释这个疾病标记中观察到的变化，比如癌症。 两篇重要的文章在1975年分别表示胞嘧啶残基的甲基化在CpG二核苷酸背景中能作为表 观遗传标记。这些文章提出序列可以被重新甲基化，即甲基化通过一种机制的体细胞分裂 能够被遗传，包括一种能识别半甲基化CpG回文的酶，甲基基团的存在，可以由DNA吉合蛋 白和DNA甲基化直接沉默基因解释。虽然这些关键原则中的几个被证明是正确的，解开DNA 甲基化与基因沉默的关系已被证明是具有挑战性的。 在CpG序列背景下，在动物身上的大部分工作都集中在5-甲基胞嘧啶（5mC。据 报道，在哺乳动物的其他序列的甲基化广泛分布在植物和一些真菌中。在哺乳动物中，非 CpG甲基化的功能目前未知。在这里我主要集中在哺乳动物基因组中的CpG甲基化， 包括在其他动物和植物中观察到的差异的讨论。 理解DNA甲基化的功能需要通过基因组考虑甲基化的分布。超过一半的基因脊椎动 物的基因组包含短（约1 kb ）CpG丰富的区域称为CpG岛（CGIS，其余的基因组因 为CpGs而耗尽。当5mCS过自发或酶胸腺嘧啶脱氨基作用被转换成胸腺嘧啶，认为基 因组的损失是由于甲基化的序列在种族中的脱氨基；认为CGI 存在是因为他们可能是从来 没有或只有瞬时甲基化。然而，有很多关于准确定义CGI 是什么的讨论，虽然在哺乳动物基
DNA甲基化
DNA甲基化 DNA甲基化（DNAmethylation）是最早发现的修饰途径之一，大量研究表明，DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA 与蛋白质相互作用方式的改变，从而控制基因表达。 含义： 在甲基转移酶的催化下，DNA的CG两个核苷酸的胞嘧啶被选择性地添加甲基，形成5－甲基胞嘧啶，这常见于基因的5'-CG-3'序列。大多数脊椎动物基因组DNA都有少量的甲基化胞嘧啶，主要集中在基因5'端的非编码区，并成簇存在。甲基化位点可随DNA的复制而遗传，因为DNA复制后，甲基化酶可将新合成的未甲基化的位点进行甲基化。DNA的甲基化可引起基因的失活，DNA甲基化导致某些区域DNA构象变化，从而影响了蛋白质与DNA的相互作用，甲基化达到一定程度时会发生从常规的B-DNA 向Z-DNA的过渡，由于Z-DNA结构收缩，螺旋加深，使许多蛋白质因子赖以结合的原件缩入大沟而不利于转录的起始，导致基因失活。另外，序列特异性甲基化结合蛋白（MBD/MeCP）可与启动子区的甲基化CpG岛结合，阻止转录因子与启动子作用，从而阻抑基因转录过程。 DNA甲基化主要形成5－甲基胞嘧啶（5-mC）和少量的N6-甲基腺嘌呤（N6-mA）及7－甲基鸟嘌呤（7-mG） 结构基因： 含有很多CpG结构，2CpG和2GPC中两个胞嘧啶的5位碳原子通常被甲基化，且两个甲基集团在DNA双链大沟中呈特定三维结构。基因组中
60%～90%的CpG都被甲基化，未甲基化的CpG成簇地组成CpG岛，位于结构基因启动子的核心序列和转录起始点。有实验证明超甲基化阻遏转录的进行。DNA甲基化可引起基因组中相应区域染色质结构变化，使DNA 失去核酶ö限制性内切酶的切割位点，以及DNA酶的敏感位点，使染色质高度螺旋化，凝缩成团，失去转录活性。 5位C甲基化的胞嘧啶脱氨基生成胸腺嘧啶（C-T转换），由此可能导致基因置换突变，发生碱基错配，如果在细胞分裂过程中不被纠正，就会诱发遗传病或癌症。 酶的分类： 动物中DNA甲基转移酶有两种： 1）DNMT1，持续性DNA甲基转移酶——作用于仅有一条链甲基化的DNA 双链，使其完全甲基化，可参与DNA复制双链中的新合成链的甲基化，DNMT1可能直接与HDAC（组蛋白去乙酰基转移酶)联合作用阻断转录；2）DNMT3a、移酶可能参与细胞生长分化调控，其中DNMT3b在肿瘤基因甲基化中起重要作用。 去甲基化 有两种方式：1）被动途径：由于核因子NF粘附甲基化的DNA，使粘附点附近的DNA不能被完全甲基化，从而阻断DNMT1的作用；2）主动途径：是由去甲基酶的作用，将甲基基团移去的过程。在DNA甲基化阻遏基因表达的过程中，甲基化CpG粘附蛋白起着重要作用。虽然甲基化DNA 可直接作用于甲基化敏感转录因子E2F、CREB、AP2、CMycöMyn、NF2KB、Cmyb、Ets，使它们失去结合DNA的功能从而阻断转录，但是，