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Active Motif 丨4月表观遗传学研究最新资讯

时间:2018-11-21 15:57:19

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Active Motif 丨4月表观遗传学研究最新资讯

表观遗传学领域正在飞速发展,每个月都涌现出数百篇的新论文,这也使得快速跟进表观遗传学的重要新发现成为一个难题。我们试图简化这一信息更新过程,通过搜索筛选文献,在每个月为您提供关于表观遗传学研究中最有趣和最有影响力的研究成果的简明摘要,让您在这个令人兴奋的领域中轻松掌握最新动态。

4月

Active Motif本月的表观遗传资讯为您介绍将CpG密度对基因表达调控的贡献与DNA甲基化的影响剥离开的研究成果;在酵母中探讨稳定维持“记忆”所涉及的表观遗传机制;以及组蛋白甲基化与RNA甲基化之间的“交流”

CpG:不止于DNA甲基化

CpG二核苷酸序列是哺乳动物和许多其他生物基因组中DNA甲基化的主要位点。哺乳动物中大多数CpG位点中的胞嘧啶被甲基化,成为5-甲基胞嘧啶(5-mC),但仍有一些CpG二核苷酸在调控区域富集并保持未甲基化的状态,被称为CpG岛(CGIs)

这些CGIs通常存在于基因的启动子区域,在调控基因表达中起重要作用,其作用可能通过影响RNA聚合酶II和其他转录因子的招募来进行的。虽然CGIs和DNA甲基化修饰对基因转录调控都十分重要,但CpG二核苷酸本身的对调控的贡献尚不清楚。换句话说,究竟是CpG序列重要,还是5-mC修饰带来的差异呢?或需要两者的协同合作?

在最近发表在GenomeResearch的一篇文章中,瑞士FriedrichMiescher生物医学研究所的DominikHartl及其同事研究了CpGs在基因组范围内对基因调控的作用。研究人员将全基因组转录因子分析数据与高通量诱变及报告基因分析相结合,研究在CGIs和DNA甲基化中CpG密度对基因表达调控的影响。

他们发现当CpG存在于转录因子结合序列中或在其附近时,增加的CpG密度与增加的基因表达成正相关。研究者们还发现总体的CpG密度不会影响基因的表达水平,这种影响只能在某些DNAmotifs存在的情况下才能观察到。

该研究最令人兴奋和惊讶的发现来自于对DNA甲基转移酶敲除细胞的检测,表明CGI介导的作用不依赖于DNA甲基化状态,将CpG序列的影响与DNA甲基化的作用相分开。

这项研究表明即使是表观遗传调控基因表达中最基本的概念,仍然有很多疑问和细节需要我们去挖掘。

文 章

Hartl, D. et al. CG dinucleotides enhance promoter activity independent of DNA methylation. Genome Res. ()

表观遗传学和记忆:siRNA和表观突变(Epimutations)如何帮助酵母细胞记忆过去

人们常说当我们变老时,记忆将第一个弃我们而去。记忆和神经科学一直是最令人着迷的研究领域。我们每天面对的不同体验是如何塑造我们的记忆的?我们的大脑又如何知道哪些记忆需要保留,哪些记忆可以消除的呢?

从分子水平上研究人类和其他哺乳动物的记忆是十分困难的,因此科学家常常利用像酵母这样的模式生物来研究记忆的产生和保存背后的基本机制。

LeaDuempelmann及其同事最近在分子水平上描述了跨代记忆的现象。他们在粟酒裂殖酵母中发现,酵母细胞在表观遗传修饰(H3K9me3)的介导下产生了RNA诱导的基因沉默,并且它们能够维持这一表观沉默的“记忆”。

研究者观察到,在粟酒裂殖酵母中通过RNA诱导的polymerase-associatedfactor1(Paf1)基因沉默稳定维持至少18代。当将Paf1重新引入酵母细胞时,最初的基因沉默的现象就消失了。然而,当Paf1活性再次受损时,基因沉默现象恢复,即使RNA介导的沉默机制不复存在,基因沉默现象仍可保存。

文 章

Duempelmann, L. et al. Inheritance of a Phenotypically Neutral Epimutation Evokes Gene Silencing in Later Generations. Mol. Cell ()

组蛋白和RNA的甲基化间的 “交流”参与调节基因表达

虽然许多人认为闲聊和八卦是生活中令人厌倦又不可避免的一部分,但最近的表观研究发现对基因表达的严格调控依赖于一些邻近甲基化修饰间的“交流”!这种分子水平上的反复“交流”发生在与转录延伸相关的H3K36me3组蛋白修饰和mRNA上普遍存在且必需的转录后修饰N6-甲基腺苷(m6A)之间。那么这两种不同的甲基化标记如何在表观遗传背景下进行交流的呢,以及这种相互间修饰的交流的结果是什么?

来自加利福尼亚的陈建军实验室的研究者在最近发表在Nature上的文章中回答了这些疑问:

m6A测序和H3K36me3的ChIP-seq分析结果显示m6A在H3K36me3的peaks区域附近富集。在细胞中敲低H3K36me3的甲基转移酶SETD2或者过表达H3K36me3的去甲基化酶KDM4A,造成H3K36me3修饰的缺失的同时,会引起m6A整体水平的降低,表明两种修饰之间存在着紧密联系。

令人感兴趣的是,m6A甲基转移酶复合体中的METTL14能够识别和直接结合H3K36me3,并且不依赖于RNA聚合酶II。这种结合将m6A甲基转移酶复合体带到RNA聚合酶II附近,在活跃转录的新生RNA上与转录同步的添加m6A修饰。这一机制,部分地解释了m6A通常出现在mRNA的编码区和3’UTR的现象(与H3K36me3的富集位置重叠)。

在小鼠胚胎干细胞中诱导敲低SETD2,除基因组范围内的H3K36me3水平降低外,细胞呈现出类似于METTL14敲低的表型,重要的细胞多能性相关的转录组的m6A水平普遍降低。这些甲基化修饰的减少增强了细胞自我更新/干性,减少细胞分化的迹象。之前的研究发现细胞多能性相关的mRNA的m6A水平增加,其降解速率也会随之加快,胚胎干细胞丧失其多能性。这一新的研究成果与之前的发现相吻合。

文 章

Histone H3 trimethylation at lysine 36 guides m6A RNA modification co-transcriptionally. Nature ()

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