DNA甲基化與細(xì)胞記憶機(jī)制

1. 細(xì)胞重編程通常很緩慢且效率很低,這表明細(xì)胞往往具有高度穩(wěn)定的記憶機(jī)制,DNA甲基化作為一種穩(wěn)定的表觀遺傳修飾,是細(xì)胞記憶機(jī)制的重要組成部分。
2. 在DNA復(fù)制時(shí),甲基化模式可能通過(guò)半保留的方式得以維持,這種具有維持性甲基化的功能酶是DNMT1,抑制DNA甲基化可提高細(xì)胞重編程的效率,支持DNA甲基化在細(xì)胞記憶中的功能。
3. 哺乳動(dòng)物發(fā)育過(guò)程中,DNA甲基化經(jīng)歷兩次全基因組范圍的去除和重建,第一次去甲基化發(fā)生在胚胎植入前期,即受精卵至囊胚階段,導(dǎo)致大部分從親代遺傳來(lái)的DNA甲基化修飾被清除,但基因組印記控制區(qū)和部分轉(zhuǎn)座元件內(nèi)的甲基化標(biāo)記被保留,胚胎植入后,基因組發(fā)生廣泛的甲基化,使DNA甲基化模式得以重建。第二次廣泛去甲基化發(fā)生在原生殖細(xì)胞中,基因組印記控制區(qū)的DNA甲基化標(biāo)記在期間被清除,在配子發(fā)生后期,生殖細(xì)胞根據(jù)雌雄而建立特異性的DNA甲基化模式,包括重建DNA甲基化印記。
4. DNMT1由C端催化區(qū)和N端調(diào)節(jié)區(qū)組成,體外甲基化實(shí)驗(yàn)表明,DNMT1對(duì)半甲基化CpG位點(diǎn)的活性遠(yuǎn)高于對(duì)非甲基化CpG位點(diǎn)的活性,符合維持性DNA甲基轉(zhuǎn)移酶的特性,DNMT1在增殖細(xì)胞中廣泛表達(dá),而在非增殖性細(xì)胞如休眠細(xì)胞和衰老細(xì)胞中通常表達(dá)較低,免疫熒光顯示,在細(xì)胞周期的DNA復(fù)制的S期,DNMT1聚焦于復(fù)制灶內(nèi),表明其功能與DNA復(fù)制偶聯(lián)。
5. DNA甲基化與組蛋白修飾密切相關(guān),DNMT3a和DNMT3b調(diào)節(jié)區(qū)域的PWWP和ADD結(jié)構(gòu)域通過(guò)與特殊的組蛋白修飾結(jié)合而在決定其功能特異性方面發(fā)揮重要作用。
6. DNMT3a和DNMT3b主要負(fù)責(zé)DNA從頭甲基化,DNMT3a與DNMT3b的表達(dá)模式與胚胎發(fā)育過(guò)程中DNA從頭甲基化的時(shí)間高度吻合,這兩種酶在早期胚胎、胚胎干細(xì)胞及生殖細(xì)胞中高表達(dá),而胚胎干細(xì)胞分化后明顯降低,在體細(xì)胞中的水平通常很低。此外體外酶活性實(shí)驗(yàn)表明,這兩種酶對(duì)含有非甲基化和半甲基化的CpG位點(diǎn)的DNA底物具有較高的催化效率。