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    表观(guān)遗(yí)传大牛何川(chuān)一路高歌,继(jì)Cell后再登Nature,在表观遗传领域又取得新突破

    source:TIME:2018-11-02 13:21:45分享(xiǎng)到:

    iNature

    美国作家丹尼尔·凯斯(sī)在(zài)他最著名的作品之一《献给阿尔(ěr)吉侬的(de)花束》中,描述了智商低下的查(chá)理,通过手(shǒu)术成为了(le)天才(cái)的故事,文中“阿尔(ěr)吉侬”是一(yī)只与查理接受了同样手术的小鼠(shǔ)。现(xiàn)在,科(kē)学的研(yán)究似乎(hū)要将这部科幻小(xiǎo)说的故(gù)事(shì)变成现实。2018年(nián)10月31日,Nature刊(kān)登了上(shàng)海科(kē)技大(dà)学周涛团队、芝加哥大学何川团队以及美国宾夕法尼亚大学宋红军团(tuán)队的学(xué)术论文《m6A facilitates hippocampus-dependentlearning and memory through YTHDF1》,文章论述(shù)了m6A对学习和(hé)记忆的作用。iNature盘点发现,在(zài)短短的一年,何川(chuān)在Cell,Mol Cell,Cell Research等杂志上发表(biǎo)了7篇关(guān)于(yú)m6A的文章,在此,我们特将何(hé)川研究团队的这些文章总结于(yú)此。


    何川(chuān)



    1Nature:m6A通(tōng)过YTHDF 1促进(jìn)海马依赖性学习和记忆(yì)


    N6-甲基腺苷(gān)(m6A)是(shì)哺乳(rǔ)动物信使RNA上最普遍的内部RNA修饰,通过m6A特异(yì)性结合蛋白(bái)调控修(xiū)饰(shì)转录的目(mù)的和功能。在神(shén)经系(xì)统中,m6A数量(liàng)丰富,功(gōng)能多样。在之前的研究中人们得知,m6A标记不同(tóng)生理过程中协调降解的mRNAs组,但是,在体内m 6A和mRNA翻译的相关性仍然是未知的。


    本文中,研究人员发(fā)现,通(tōng)过结合蛋(dàn)白YTHDF 1,m6A促进成(chéng)年小鼠(shǔ)海马(mǎ)体(tǐ)神(shén)经元刺(cì)激(jī)反应的转录的蛋白翻译,从(cóng)而促进学习和记(jì)忆。敲除(chú)Ythdf 1基因的小鼠(shǔ)显示学习和记忆缺陷以(yǐ)及海马(mǎ)突触传递受(shòu)损。YTHDF 1在成(chéng)年Ythdf 1-敲除小鼠(shǔ)海马体中的再表达,可以修复行为(wéi)和突触缺陷(xiàn),而海马体上特异性精确敲除Ythdf 1METTL 3(其编(biān)码了m6A甲基转移酶复合物中的(de)催化组(zǔ)分)则重现为海马体缺乏症(zhèng)。海马体上mRNAs的YTHDF 1结(jié)合位点(diǎn)和m6A 结(jié)合位点确(què)定(dìng)了关键的神经元基因。新生蛋白标(biāo)记和(hé)海马体神经元(yuán)系绳报告试验(yàn)表明,YTHDF 1以神经元刺激依赖(lài)的方(fāng)式促进蛋白(bái)质合成(chéng)。总之,YTHDF 1有(yǒu)助于翻译m6A-甲基化神经元mRNAs对神经(jīng)元刺激(jī)的反应,这一过程有(yǒu)助(zhù)于学习(xí)和(hé)记忆。



    高表达(dá)YTHDF1(AAV-YTHDF 1)和对照(AAV-对照)的AAV结构示意图。


    研究证明,YTHDF 1的缺失损害了海马(mǎ)体突触的基础传递和LTP。YTHDF 1的存在(zài)可以加速新(xīn)的(de)蛋白质合成,这是突触可塑性和记忆(yì)形(xíng)成的长期变化所必(bì)需的;Ythdf 1-KO小鼠,刺激(jī)依(yī)赖的蛋白质合(hé)成减弱,导致突触强化效率较低,达到记忆形成阈(yù)值(zhí)的可(kě)能性较低。m6A对翻译的促进作用可能是通过刺激诱导,如文(wén)中对YTHDF 1的作用(yòng),这(zhè)可(kě)能(néng)代表RNA甲基化依(yī)赖(lài)的翻译(yì)调节的(de)一个重(chóng)要方面(miàn)。


    原文链接:

    https://www.nature.com/articles/s41586-018-0666-1




    2Cell Research:A dynamic N6-methyladenosinemethylome regulates intrinsic and acquired resistance to tyrosine kinaseinhibitors


    白血病是一(yī)种侵袭性恶性肿瘤(liú),通常与激活(huó)受体酪氨(ān)酸激(jī)酶(RTKs)突变有关,包括BCR / ABL,KIT和FLT3等(děng)。许多针对这些突变的酪氨酸激酶抑(yì)制剂(TKIs)已进入临床,但迅速获得对TKIs的抵抗是成功治疗白血病的主要(yào)障碍。最(zuì)常被(bèi)引(yǐn)用的机(jī)制是获得性药物抗性突变,其损害药物结合或绕过抑制的RTK信号传导(dǎo)。然而,这(zhè)不足以揭示药(yào)物(wù)暴露后TKI耐(nài)药性的(de)出现相对迅速(sù)的(de)情况。在“药物假期”之后,抗性(xìng)表型是可逆(nì)的。许多(duō)具(jù)有(yǒu)抗性的(de)患者也仅表达天然激酶(例如,BCR / ABL)或已经激活平(píng)行途径(jìng),涉及(jí)癌基因的过度(dù)简化(例如,BCL-2,BCL-6,AXL和MET)。


    事实上,最近的(de)研(yán)究结(jié)果(guǒ)已经将获得性TKI耐药性(xìng)与肿瘤内(nèi)的(de)细胞异质性和表观基因组(zǔ)构(gòu)型(xíng)的动态变(biàn)异联系起来。据推测,异质性肿瘤细胞群中不同的表观遗传模式(shì)可以在细胞命运决定基因的表(biǎo)达中产生多样性。通过药物选择可以迅速发(fā)展。然而,TKI抗性中关键表观遗传(chuán)事(shì)件的(de)描述远(yuǎn)未完成。


    N6-甲(jiǎ)基腺苷(m6A)是哺乳动物mRNA最常(cháng)见(jiàn)的(de)上皮转录组(zǔ)修饰(shì).14,15,16它由甲基转移酶(méi)复合物(如METTL3-METTL14)安装,可被(bèi)去甲(jiǎ)基(jī)化(huà)酶清除(如FTO和ALKBH5)。虽然任何特定m6A残(cán)基的(de)确切(qiē)作用尚不清楚,但21个(gè)丰(fēng)富的证据支持(chí)m6A甲基化,一般来说,严(yán)格调节mRNA稳定性,剪接和/或蛋白(bái)质翻译,从而(ér)影响基因表达。一致地(dì),沉默m6A甲基转移酶(例如,IME4,METTL3的(de)酵母直向同源物)或FTO的敲低改变m6A丰度,重新建模基因表达谱和/或转录物的可变剪接模(mó)式。


    尽管最近关于角色的(de)工作m6A在各种(zhǒng)生物学过程中的作用(yòng),m6A甲基化是否以及如(rú)何调节TKI选择下的细胞命运决定仍然未知。我们假设(shè),暴露于TKI后,m6A甲基化的可逆性质使得携带m6A位点的一(yī)组增(zēng)殖/抗凋亡癌(ái)基因上调,从而(ér)帮助(zhù)细胞亚群逃避TKI介导(dǎo)的杀伤。为了测试这(zhè)一点,我们模拟并表征了不同白血病模型中的(de)TKI抗性,并直接在白血病细胞的(de)转录(lù)组(zǔ)中定位m6A。我(wǒ)们的研究(jiū)结果表(biǎo)明,内在和诱(yòu)导型FTO-m6A轴作为表征白血病(bìng)细胞异质(zhì)性的(de)新标记,以及白血病细(xì)胞(bāo)产生TKI抗性表型的广(guǎng)泛防御(yù)机制。我(wǒ)们(men)的发现(xiàn)确定了针(zhēn)对(duì)FTO-m6A轴预防/根除获得性(xìng)TKI耐药性的可行(háng)性。


    研究(jiū)人(rén)员的研究结果显(xiǎn)示在酪氨酸激酶抑制(zhì)剂(TKI)治(zhì)疗期间开发抗性表型取决(jué)于白血(xuè)病(bìng)细胞中FTO过(guò)表达导致的m6A减少。这种失调的FTO-m6A轴预先存(cún)在于幼(yòu)稚细(xì)胞群中,这些细胞群具有遗传(chuán)同质性,并且响应TKI处理是可诱导/可逆的。具有(yǒu)mRNAm6A低(dī)甲基化和FTO上(shàng)调的(de)细胞在(zài)小鼠(shǔ)中表(biǎo)现出更高(gāo)的TKI耐受性和更高的生长速(sù)率。通过FTO失活的m6A甲基(jī)化的遗传或药理学恢(huī)复使(shǐ)得(dé)对(duì)TKI敏感(gǎn)的抗性细胞。


    从机制上(shàng)讲,FTO依赖(lài)性m6A去甲基化增强了携带(dài)m6A的增殖/存活转(zhuǎn)录物的mRNA稳定(dìng)性,并(bìng)随(suí)后导致蛋(dàn)白(bái)质合成增加。我们的研究结(jié)果确定了m6A甲(jiǎ)基化在调节(jiē)细胞命运决定中的新功能(néng),并证(zhèng)明动态m6A甲(jiǎ)基化组是可逆TKI耐受状态的额外表观遗传驱(qū)动因子,为癌症中的(de)耐药性提供(gòng)了机制典型(xíng)范例。





    3Cell:m6A可以控(kòng)制哺乳动物的皮(pí)质神经元的发生



    由Mett13 / Mett14甲(jiǎ)基转(zhuǎn)移酶(méi)复合物催化产生的N6-甲基腺苷(gān)(m6A)是最普遍的mRNA内(nèi)部修饰。 m6A是(shì)否调节哺(bǔ)乳动物的大(dà)脑发育(yù)是未知的。在这里,我们显示胚胎小鼠脑(nǎo)中Mettl14敲除下,m6A缺失,延长(zhǎng)了神经胶质(zhì)细胞的细(xì)胞周期,并将皮质神经发(fā)生延伸到(dào)出生后(hòu)阶(jiē)段;通过Mettl3敲(qiāo)除,也得到(dào)了类似的现象。胚胎小鼠皮层的m6A测序显示,m6A主要(yào)富集在(zài)转录因子,神经发生,细胞周期和神经元分化的mRNA中,m6A标(biāo)记促进其衰(shuāi)老。进一步的(de)分析发现皮(pí)质神经干细胞中以前未被认可(kě)的转录模式中(zhōng),m6A信(xìn)号(hào)也调节前脑组(zǔ)织中的人皮(pí)质神经发(fā)生。小鼠(shǔ)与人类皮质神经(jīng)发生(shēng)之间的m6A-mRNA全基因组的比较(jiào),揭示了人(rén)特异性m6A标记的转录本(běn)与脑障碍风险基因相关。



    亮点


    • m 6 A缺(quē)失,导致皮质神经原始(shǐ)细胞的细胞周(zhōu)期延长;

    • 经过(guò)比较小鼠及人类的m 6 A图谱,呈现出保守(shǒu)及(jí)独特性;

    • m 6 A促进标记(jì)的神(shén)经发生相关的转(zhuǎn)录本被延迟降解;

    • 转(zhuǎn)录本的提前印记对于神经元的发生是必(bì)需的。




    4Molecular Cell :FTO在细(xì)胞核(hé)和细胞质中介导的差异m6A,m6Am和m1A去甲基化



    已经(jīng)提出脂肪量和肥(féi)胖相(xiàng)关蛋白(FTO)通过全基因组关联研究(jiū)(GWAS)与人类肥(féi)胖相关联。已(yǐ)显示FTO的遗传(chuán)变异(yì)与食物摄入增(zēng)加有关,而FTO中的功能(néng)丧失突变导致严重的生(shēng)长迟缓和CNS缺陷。


    由于这(zhè)些有(yǒu)趣的表型,已经广泛致力(lì)于鉴定(dìng)底物和理解FTO的生物学功能。FTO被鉴定为第一(yī)种RNA去甲基化酶,其(qí)在(zài)体(tǐ)外和细胞中(zhōng)催化mRNA中N6-甲基腺苷(m6A)甲基化的逆转。 m6A是哺乳动物mRNA中最丰富的内部修饰。已知m6Am的m6A部分是FTO的体外底物,最近的研究表明m6Am通(tōng)过阻止DCP2介(jiè)导(dǎo)的脱帽和microRNA介导的mRNA降解来稳定mRNA。然而,FTO去除m6Am的功能相关(guān)性(xìng)尚(shàng)未得到(dào)充(chōng)分探(tàn)索。


    在该项研(yán)究组中,何(hé)川(chuān)研究组(zǔ)证实FTO可以从纯(chún)化的(de)多腺(xiàn)苷(gān)酸化RNA中有效地去甲基化m6A和(hé)m6Am。何川研究组发现细胞核和细(xì)胞质(zhì)中的FTO定位在细胞类型之(zhī)间(jiān)变化,并且FTO在细胞核(hé)和细(xì)胞质中具有(yǒu)不同(tóng)的(de)底物库。何川研究组进一(yī)步(bù)鉴定了FTO的其他(tā)RNA底物,包括tRNA中的N1-甲基腺(xiàn)苷(m1A),U6 RNA中的m6A,以及小核RNA(snRNA)中的(de)内部和帽m6Am。该研究提供了迄今为(wéi)止FTO介导(dǎo)的RNA去甲基(jī)化的最全面的景观。它揭示了(le)由FTO介导(dǎo)的核与细胞质去甲基化所赋予的先前未被(bèi)认可的空间调节,其对(duì)靶(bǎ)RNA发挥不同的作(zuò)用。




    5Nature cell biology:m6A mRNA甲基化(huà)是子宫内膜癌的致癌(ái)机制



    N6-甲基腺苷(m6A)是人类(lèi)最普(pǔ)遍的信使RNA修饰形式。这种修改是可逆(nì)的,其生物学效应主要(yào)是通过(guò)“写入”、“橡皮”和“读(dú)取”蛋白来介导的。所谓的“写入”复(fù)合物,核心部分(fèn)为(wéi)METTL3–METTL14 m6A甲基转移酶,还包括其(qí)他(tā)调控因子亚单(dān)元(yuán),作用是催(cuī)化m6mRNA甲基化(huà)。至(zhì)少有两种(zhǒng)橡皮擦酶FTO和ALKBH 5介导了甲基(jī)化(huà)的逆反应。m6甲基化的转录被读(dú)取器蛋白质锁识别,该蛋白可以(yǐ)调节mRNA前处理、翻(fān)译(yì)和退化。在哺(bǔ)乳动物(wù)中,m6A依赖的mRNA调(diào)节是必不可(kě)少的。m6A甲基化的缺陷影(yǐng)响很多(duō)的生物过程(chéng)。特别的(de)是,m6A mRNA甲基(jī)化通过影响细胞分化过(guò)程中mRNA的转换而调(diào)节干细胞的自(zì)我(wǒ)更新(xīn)和分化,并在胚胎(tāi)发育过程(chéng)中对(duì)转录组的转换起重(chóng)要作用。与这(zhè)些(xiē)作用一致,m6A mRNA甲(jiǎ)基化(huà)是一种(zhǒng)影响多种癌(ái)症发生和发展的(de)途径。


    m6mRNA甲(jiǎ)基化对干细胞和(hé)癌细胞生长(zhǎng)和增(zēng)殖(zhí)有着重要影响。不过,m6A甲基化如(rú)何影(yǐng)响细(xì)胞生长,哪些基础途径和机制介导这些变化(huà)仍未完全阐明。本文研究(jiū)子宫内膜癌中的这(zhè)个问(wèn)题,其中测序研究发(fā)现了m6A甲基转移酶(méi)亚(yà)基METTL 14的频繁(fán)突变。研究人(rén)员发现与对应的正常(cháng)子宫内膜相比,约有70%的(de)子宫内膜肿瘤(liú)细胞(bāo)中(zhōng)m6A甲基化(huà)有减少的趋势(shì)。这些减少的(de)m6A甲基化可(kě)能是由METTL 14的突变或降低METTL 3甲(jiǎ)基转移酶(méi)的表达。通过METTL 14突变或METTL 3下(xià)调,降低m6A mRNA在子宫内膜(mó)癌细胞中的水平,可促进体外(wài)和活(huó)体(tǐ)细(xì)胞增(zēng)殖(zhí)和致瘤性。子宫(gōng)内膜癌患者肿(zhǒng)瘤和细胞系的m6A -seq特(tè)征显示m6A mRNA甲基化可以通(tōng)过(guò)改(gǎi)变影(yǐng)响AKT信(xìn)号(hào)通路的关键(jiàn)酶的表达(dá)来促进细胞增殖。抑制AKT活化可以逆转m6A甲基化减少引起的增殖增加。这些结果(guǒ)共同表(biǎo)明了m6A mRNA甲基(jī)化为子宫内膜癌的致癌机制,m6A甲基(jī)化可以(yǐ)作为AKT信号调节因子。

    正常子(zǐ)宫(gōng)内膜(左)和(hé)子宫内膜癌(右)


    这些发(fā)现可能适用于子宫内膜癌以外由AKT信号(hào)增强所导致的其他癌症。其他类型可以通过AKT激活的肿瘤(liú)可以(yǐ)利用异常的(de)RNA甲基(jī)化来获得生存(cún)和生长优势。事实上,也有其他研究观(guān)察到干(gàn)细胞和癌细胞的增殖随着m6A甲基化(huà)的减少而增加。当这篇论文被审(shěn)查时,据报道,m6A甲基化会影响AML中AKT的活性,以及肾细胞癌30T细胞分化。虽然(rán)本文(wén)的(de)结果表明m6A甲基化促进(jìn)子宫内膜肿瘤发(fā)生,其他癌症也与METTL 3高表达和(hé)m6A甲基化增加(jiā)有关,也可能涉及不同的机制。然而,我(wǒ)们的(de)结(jié)果表明,通过m6A甲基化调节AKT的活性(xìng),可能是一种影响一系列其他生物(wù)过程的一般生(shēng)长控制机(jī)制(zhì),这将是未来探索的一个新(xīn)方向。




    6Molecular Cell:Zc3h13调节核RNA m6A甲基化和小鼠胚胎干细胞自我更(gèng)新



    基(jī)因表达调控是生命活动(dòng)的核心事(shì)件之一。RNA化学修饰是基因表达调控的重要手段。RNA m6A修饰广(guǎng)泛存在于病毒、细菌、单细胞生物(wù)和(hé)酵母等多个物种中,是真核生物(wù)mRNA上发(fā)生(shēng)最为广泛(fàn)的(de)内部化学修饰。


    Zc3h13与WTAP,Virilizer和(hé)Hakai互作


    RNA m6A修饰参(cān)与调节mRNA稳(wěn)定(dìng)性(xìng)、剪(jiǎn)接加工、转(zhuǎn)运以及翻译等一系列(liè)mRNA加工(gōng)代(dài)谢过程,对mRNA的命运(yùn)决定发挥重要作用。越来越多的科学证(zhèng)据显示mRNA m6A修饰(shì)在细胞分化(huà)、生物个体发育及癌症(zhèng)疾(jí)病发生等一系列生(shēng)命过程中具有重要作用,成为近(jìn)年(nián)来表观转录组学的(de)研究热(rè)点之(zhī)一。


    Zc3h13调(diào)节mESCs中的(de)mRNA m6A


    哺乳动物细胞中(zhōng)约25%的mRNA有(yǒu)m6A修饰,围绕该修饰的甲基转移酶复(fù)合物、去甲基转移酶和识别蛋白的研(yán)究较多(duō),但是参与该修饰的调控蛋(dàn)白以及该修饰的位点特(tè)异性调(diào)控机制依然不完全清楚。在该(gāi)论文(wén)中(zhōng),研究者(zhě)报(bào)道了Zc3h13是一个调控RNA m6A修饰的新(xīn)成员(yuán)。研究发现(xiàn),在小鼠胚胎干细胞中抑制Zc3h13表达导致mRNA m6A水平显著降低,且这(zhè)些下降的(de)m6A主要发生在mRNA的3’端非编码(mǎ)区域。


    Zc3h13控制(zhì)WTAP,Virilizer和Hakai的核定位


    此前,有报(bào)道显示Zc3h13存在于一个进化上保守的复合物(wù)Zc3h13-WTAP-Virilizer-Hakai之中。研究者在探讨Zc3h13对m6A调(diào)控的分子机制研究中发(fā)现Zc3h13对m6A的(de)调节(jiē)是通过控(kòng)制复(fù)合物成(chéng)员WTAP/Virilizer/Hakai的细胞定位而发生作用(yòng)的。抑制Zc3h13表达导致(zhì)复(fù)合物成(chéng)员WTAP、Virilizer及Hakai蛋白发生由细胞核向(xiàng)细胞质的(de)转移,同时(shí)伴随甲基(jī)转移酶Mettl3和Mettl14蛋白核内组分的减少,从而抑制m6A的形成。


    Zc3h13丧(sàng)失损害(hài)mESC自我更新


    有意思的(de)是,在细胞中敲低WTAP、Virilizer和(hé)Hakai,Zc3h13的核内定(dìng)位并不受影响,这提示了Zc3h13在(zài)该复合物的细胞定位中具(jù)有独特(tè)的作用;同(tóng)时,也为(wéi)揭(jiē)示m6A 修饰的(de)特异调控机制(zhì)提供了线索。此外,研究者(zhě)还(hái)发现敲低Zc3h13会(huì)损害小鼠胚胎(tāi)干细胞的自我更新潜(qián)能并促(cù)进细胞的分(fèn)化,为(wéi)m6A途径调节(jiē)小鼠胚胎干细胞的多(duō)潜能性提供(gòng)了进一步的(de)证据和线索。


    文章模型


    复旦大学刁建波副(fù)研究员、施扬教授、石雨江教授(shòu)和芝加哥大学何川教授(shòu)为论文的共同通(tōng)讯作者。复旦(dàn)大(dà)学生物医学研究院博士研究生温菁、吕(lǚ)瑞途和博士后马红辉为论文的共同第一作者。




    7Cell Research:5-羟甲(jiǎ)基胞嘧(mì)啶在循环(huán)无(wú)细胞DNA中的特征(zhēng)是人类癌症的诊断(duàn)生(shēng)物标志物(wù)



    DNA修(xiū)饰如5-甲(jiǎ)基胞(bāo)嘧啶(5mC)和(hé)5-羟甲(jiǎ)基胞(bāo)嘧(mì)啶(dìng)(5hmC)是已知影(yǐng)响哺乳动(dòng)物基因表达的表观遗传(chuán)学标记。鉴于(yú)它们在人类基因组中的广泛分布特性,与基因表达密切相(xiàng)关和高(gāo)度的化学(xué)稳定性,这些(xiē)DNA表观遗传标记可(kě)以作为癌症(zhèng)诊断的理想生物标志(zhì)物(wù)。利用高度敏感和选择性的化学标记技术(shù),何川等人在这里收集了最(zuì)近诊断患(huàn)有(yǒu)结直肠(cháng)癌,胃癌,胰腺癌,肝癌或甲状腺癌的患(huàn)者和来自90个健康个体的正(zhèng)常组织样品,进行对循环(huán)无(wú)细(xì)胞DNA(cfDNA)5hmC分析。


    去甲基化过程

     发现(xiàn)5hmC主要分布在转录活性区域,与开放的染(rǎn)色质和活性组蛋白修饰相一致。在cfDNA中鉴(jiàn)定出可靠的癌症相(xiàng)关的5hmC标签,这是特定癌症类(lèi)型的特(tè)征。基于5hmC的循环cfDNA生物(wù)标志物对结肠直肠癌(ái)和胃癌(ái)具有高度预(yù)测性,优于常规生物标志物,与来自组织活(huó)检的5hmC生物标志(zhì)物相当。因此,这种(zhǒng)新的策略(luè)可以(yǐ)导致从血(xuè)液(yè)样(yàng)本的分析中发展有效的,微(wēi)创的癌症诊断(duàn)和预后方法(fǎ)。


    癌(ái)细胞释放DNA到血液


    胞嘧啶甲基化(huà)(形成5-甲(jiǎ)基胞嘧(mì)啶,5mC)是影响基因(yīn)表达的公认(rèn)的表观遗传学修饰【1,2】。 DNA的5mC重(chóng)构在哺乳(rǔ)动物发育和细胞分(fèn)化(huà)以及癌症发生,进展和(hé)治(zhì)疗反应过程中广泛使用【3,4】。哺乳动物基因组中的(de)活性去甲(jiǎ)基化是由(yóu)将5mC修(xiū)饰氧化为5-羟甲基(jī)胞嘧啶(5hmC)【5,6】,以(yǐ)及(jí)进一步(bù)转化为(wéi)5-甲(jiǎ)酰基胞(bāo)嘧(mì)啶(dìng)(5fC)和5-羧基胞嘧啶(5caC)的TET家族的(de)双加氧酶完成【7,8,9】。 “中间”5hmC不(bú)仅(jǐn)标志着活跃的去甲基化,而且还是一个(gè)相对稳定的DNA标记,具有(yǒu)不同(tóng)的表(biǎo)观遗传角色【2,10-15】。 5hmC在(zài)各种哺乳动(dòng)物细胞和组织中最近的(de)全基因组测序图(tú)谱支持其(qí)作为基(jī)因(yīn)表达(dá)的(de)标记的作(zuò)用【16-21】;它在增(zēng)强子(zǐ),gene body和启动(dòng)子富集,5hmC的变化与基因表达(dá)水平的变化相关【22,23】。


    高(gāo)通(tōng)量测(cè)序


    来自(zì)循(xún)环血液中不同组织(zhī)的无细胞(bāo)DNA(cfDNA)的(de)发现对临床具有革命性的潜在应用【24】。基于液体活检的生物标志(zhì)物和检测(cè)工具与现有的诊断和(hé)预后方法相比具(jù)有显著的优势,包括微创。因(yīn)此,他们具有成本(běn)效益的潜(qián)力,可以促进更高(gāo)的(de)患者依从性和临(lín)床(chuáng)便利性,从(cóng)而实现动态监(jiān)测【25】。


    人类癌症的(de)cfDNA中,检(jiǎn)测5hmC的生(shēng)物标志物


    肿瘤相关的cfDNA体细胞突变已经显(xiǎn)示与肿瘤组织共享,尽管低的突变频率和(hé)缺乏来源组织(zhī)的信(xìn)息阻碍了检测的敏(mǐn)感性。 5mC和5hmC来自(zì)液体活(huó)组织检查的(de)cfDNA可以作为平行或更有价值的(de)生物标志物,用于人类(lèi)疾病的非侵入性诊断(duàn)和预后,因为它们概括了相(xiàng)关细胞(bāo)状(zhuàng)态(tài)中的基因表达变化。如果可以灵敏地(dì)检测(cè)这些胞嘧啶修饰模(mó)式(shì),则可(kě)以鉴定疾(jí)病特异(yì)性生物标志物,用(yòng)于早期的肿瘤检(jiǎn)测(cè),诊断和预后。


    5hmC在癌细胞(bāo)的差(chà)异化富集


    高通量测序(xù)是检测全基因组胞嘧(mì)啶修饰模式的理想平台。全基因组亚硫酸(suān)氢盐测序或替代方法(fǎ)已应用(yòng)于生物标志物研究【26-28】。组织(zhī)和癌症特异性甲基化位点在(zài)跟踪来自循(xún)环血的(de)来源组织(zhī)中,表现出有希望(wàng)的(de)潜力。然而(ér),5mC主要作为人(rén)类基因组中高(gāo)背景水平的抑制(zhì)性标记,并且其用亚硫酸氢(qīng)盐处理的测序一直受(shòu)到(dào)广泛的DNA降解。利用羟甲基的存在,选择性化学标记可应用于使用低(dī)水平的DNA以(yǐ)高(gāo)灵敏度检测5hmC。在这里,何川等研究组建(jiàn)立了5hmC临床诊断技术,用于cfDNA 5hmC分析(xī)。显示显示cfDNA的5hmC差异(yì)富集,是实体瘤的(de)优秀标记。


    胰(yí)腺癌5hmC分布状况


    癌症cfDNA的动态在很大(dà)程度上还不清楚。在简化的模型情(qíng)况下(xià),肿瘤(liú)组织的gDNA被释放到血浆中(zhōng)并且经(jīng)历降解,达到与来自正常健(jiàn)康组织的(de)背景cfDNA类似的平衡。基因座特异(yì)性5hmC修饰似乎是5hmC水平的主要决定因(yīn)素,具有组织特(tè)异性,然后癌症(zhèng)状态增加额外的(de)变化层。这些组织,以及在较小(xiǎo)的(de)程度上肿瘤组织释放的DNA中的癌症特异性信号(hào),略微改(gǎi)变(biàn)背景血浆cfDNA的5hmC修(xiū)饰(shì)谱。从肿瘤组织中释放(fàng)的cfDNA越多,转移越大,给区(qū)分肿瘤来源的生物学和临(lín)床变化提供了更大的能力。因(yīn)此,整合来(lái)自不同(tóng)组织类型的(de)gDNA的5hmC概况,以实现对癌症生物标志物的疾病特异性的未来评估,将是至关(guān)重要的。


    胃(wèi)癌中(zhōng)5hmC分布状况


    此外,实体瘤由癌干(gàn)细胞(bāo)和癌细胞组成,在(zài)由白细胞,间充质细胞和细(xì)胞外基质构成的微环(huán)境(jìng)中。肿(zhǒng)瘤进展(zhǎn)启动了以缺氧和血管形成为(wéi)特征的局部环境的变化梯度。在生长(zhǎng)的肿瘤及其(qí)周围的细胞内,可(kě)能(néng)存在广泛(fàn)的变异性,使得某些类型的细胞倾向于凋亡并将(jiāng)DNA释放到循环中。


    血浆cfDNA中(zhōng)观察到癌症相关5hmC变(biàn)化(huà)的起源


    何(hé)川(chuān)等研究(jiū)组预计在血浆(jiāng)cfDNA中(zhōng)观察到的5hmC的(de)癌症相关变化是由肿瘤组织内或周围的不同组细(xì)胞贡献的。肿瘤(liú)相关组织的(de)单细胞或细胞类型特(tè)异性5hmC分析和使用(yòng)适当的细胞类型标记物(wù),将(jiāng)揭示这些修饰的细胞特(tè)异性的程度和分布(bù),并进一(yī)步阐明有(yǒu)助于(yú)在血浆cfDNA中观察到癌症(zhèng)相(xiàng)关(guān)的5hmC变化。这是这个学科所要达到的意(yì)图,同时也是未来的发展方(fāng)向。



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