潛在熱點(diǎn)？--DNA 6mA，僅有的幾篇高分paper聚焦在human樣本

發(fā)稿時(shí)間：2019-02-01來源：天昊生物

 

DNA甲基化是表觀遺傳學(xué)領(lǐng)域一個(gè)重要的研究方向，真核生物中最常見的DNA修飾非5-甲基胞嘧啶（5mC）莫屬了，這也是我們研究最為廣泛的一種修飾方式（圖1）。然而在原核生物中最常見的DNA修飾方式則為N⁶-methyladenine (6mA)，即腺嘌呤第6位氮原子甲基化修飾（圖1）。那么在真核生物生物中是否也存在6mA的修飾呢？這個(gè)問題在早期一直存在爭論。

隨著6mA在原核生物中重要的功能（保護(hù)DNA、參與DNA復(fù)制和修復(fù)、基因調(diào)控等）被揭示，真核生物中6mA的研究也逐漸增多，早期主要集中在單細(xì)胞原生生物中，如四膜蟲、草履蟲和衣藻等，6mA大約占據(jù)這些基因組所有腺嘌呤的0.4-0.8%。而最新的報(bào)道顯示6mA的修飾發(fā)生在更高等的生物中，如線蟲、果蠅、蚊子和植物等。在人類基因組中是否也存在6mA的修飾呢 ADDIN EN.CITE  ADDIN EN.CITE.DATA ^1,2？本文針對human樣本中發(fā)生6mA修飾的6篇文章進(jìn)行了詳細(xì)整理。

	提示：近兩年來m6A RNA甲基化的項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)如火如荼地在開展，在人類樣本中更是涌現(xiàn)了一批高質(zhì)量的文章。而人類樣本中DNA 6mA相對來說剛剛起步，以下6篇高分文章多為2018年最新發(fā)表的，而其中應(yīng)用到的方法與m6A RNA甲基化中較為相近，這個(gè)領(lǐng)域會(huì)成為未來的一個(gè)熱點(diǎn)嗎？

 

 

 

 

 

 

No1. DNA 6mA去甲基化酶ALKBH1增強(qiáng)了人間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨分化 ³，Bone Research, 2016, IF: 12.354

研究發(fā)現(xiàn)了間充質(zhì)干細(xì)胞ALKBH1的表達(dá)水平在成骨誘導(dǎo)過程中是上調(diào)的，而敲低ALKBH1增加了6mA的水平，同時(shí)顯著降低了成骨相關(guān)基因的水平。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)也顯示ALKBH1的缺失限制了骨頭形成能力。而過表達(dá)ALKBH1能夠增強(qiáng)成骨細(xì)胞的分化。機(jī)制上，ALKBH1缺失會(huì)導(dǎo)致ATF4啟動(dòng)子區(qū)域6mA修飾的積累，從而引起ATF4轉(zhuǎn)錄沉默；而ATP表達(dá)的重建能夠成功挽救成骨分化。

從這篇文章中能夠發(fā)現(xiàn)6mA修飾在干細(xì)胞分化表觀調(diào)控中可能也發(fā)揮了重要作用，這樣的調(diào)控機(jī)制和研究思路是不是可以借鑒？

Dot Blot實(shí)驗(yàn)顯示敲低ALKBH1顯著增加了6mA的水平

 

No2. 利用單分子實(shí)時(shí)測序比對表征真核生物基因組6mA修飾 ADDIN EN.CITE  ADDIN EN.CITE.DATA ⁴，Genome Research, 2018年5月，IF: 10.101

從文章標(biāo)題能夠看出本研究內(nèi)容比較明確，利用三代單分子實(shí)時(shí)測序技術(shù)（SMRT）對兩種真核生物基因組進(jìn)行測序，在衣藻中構(gòu)建了第一個(gè)完整的6mA單堿基和單分子分辨率的圖譜；在人類淋巴母細(xì)胞中，聯(lián)合SMRT和獨(dú)立的測序數(shù)據(jù)推斷6mA修飾富集在早期全長的LINE-1原件啟動(dòng)子區(qū)域。

細(xì)菌和真核生物6mA甲基化組之間的差異

新的方法比對真核生物基因組中6mA修飾

 

No3. 人類基因組中6mA DNA修飾 ADDIN EN.CITE  ADDIN EN.CITE.DATA ⁵，Molecular Cell, 2018年7月，IF: 14.248

看這個(gè)高大上的名字就知道這篇文章把矛頭直指人類樣本中6mA修飾，作者利用多種方法表征了人類基因組中6mA修飾，包括PacBio SMRT, 6mA-IP-seq, LC-MS/MS, 6mA-IP-qPCR等，可以說是第一篇paper系統(tǒng)地揭示了人類基因組中6mA修飾圖譜。

其中發(fā)現(xiàn)6mA廣泛存在于人類基因組中，一共有881,240個(gè)6mA位點(diǎn)，占據(jù)所有腺嘌呤約0.051%，[G/C]AGG[C/T]是6mA修飾最顯著相關(guān)的motif。在人類細(xì)胞樣本中6mA位點(diǎn)富集在編碼區(qū)，而且標(biāo)記了活躍轉(zhuǎn)錄的一些基因。

人類基因組中DNA 6mA和N6-去甲基化腺嘌呤分別被N6AMT1和去甲基化酶ALKBH1調(diào)控。而癌癥中6mA豐度顯著更低，伴隨著N6AMT1水平下降，ALKBH1水平上調(diào)；6mA修飾水平的下調(diào)能夠促進(jìn)腫瘤形成。

因此這篇報(bào)道比較系統(tǒng)地闡述了人類基因組中的6mA修飾及6mA修飾在腫瘤形成中的重要作用！

N6AMT1和ALKBH1在人類正常細(xì)胞和癌細(xì)胞中重要功能示意圖

 

No4. 人線粒體基因組上6mA單堿基分辨率測序發(fā)現(xiàn)鏈非對稱性cluster與SSBP1有關(guān) ADDIN EN.CITE  ADDIN EN.CITE.DATA ⁶，Nucleic Acids Research, 2018年10月，IF: 11.561

作為NAR突破性文章，作者首先建立了6mA-交聯(lián)-外切酶-測序（6mACE-seq）的方法在單堿基分辨率下檢測基因組范圍內(nèi)的6mA，在合成的DNA及細(xì)菌基因組中證實(shí)了方法的準(zhǔn)確性。同時(shí)利用這項(xiàng)技術(shù)繪制了人類基因組6mA圖譜，準(zhǔn)確地重現(xiàn)了已知的6mA富集在活躍的逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子上，而線粒體6mA cluster不對稱地富集在重鏈上。

研究人員同時(shí)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的6mA結(jié)合蛋白SSBP1，一種已知的覆蓋重鏈的線粒體DNA復(fù)制因子，將6mA和線粒體DNA復(fù)制調(diào)控聯(lián)系在一起。最后也表征了ALKBH1作為一種線粒體蛋白與6mA去甲基化活性有關(guān)，ALKBH1的缺失降低了線粒體氧化磷酸化。

因此這篇報(bào)道主要揭示了6mA在人類線粒體中的重要功能！

人類線粒體6mA圖譜

 

No5. 惡性膠質(zhì)瘤中6mA DNA修飾 ADDIN EN.CITE  ADDIN EN.CITE.DATA ⁷，Cell, 2018年11月，IF: 31.398

標(biāo)題言簡意賅，在惡性腦部腫瘤--膠質(zhì)瘤中表征6mA甲基化修飾，Cell主刊上發(fā)表的文章，內(nèi)容定會(huì)詳實(shí)：惡性膠質(zhì)瘤中6mA的水平呈現(xiàn)明顯的上調(diào)，而且與異染色質(zhì)組的蛋白修飾共定位，特別是H3K9me3。6mA水平受到DNA去甲基化酶ALKBH1的調(diào)控，其缺失通過降低染色質(zhì)可接近性導(dǎo)致oncogenic通路轉(zhuǎn)錄沉默。而對患者來源的膠質(zhì)瘤模型靶向ALKBH1能夠抑制腫瘤細(xì)胞的增殖，并且延長了移植瘤小鼠的生存時(shí)間，這表明這種新的DNA修飾可能是膠質(zhì)瘤潛在的治療靶點(diǎn)。

又一篇在癌癥中驗(yàn)證了6mA修飾的重要功能！

ALKBH1及6mA在惡性膠質(zhì)瘤中重要功能示意圖

 

No6. 利用合成的讀-寫（Read-Write）模塊構(gòu)建表觀遺傳學(xué)調(diào)控 ⁸，Cell, 2019年1月，IF: 31.398

從標(biāo)題上看文章挺有意思，研究團(tuán)隊(duì)在細(xì)胞樣本中利用6mA修飾構(gòu)建了一個(gè)正交的表觀調(diào)控系統(tǒng)，利用合成的因子去write and read 6mA，因此招募轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子控制報(bào)告位點(diǎn)。并且利用該系統(tǒng)和數(shù)學(xué)模型構(gòu)建了調(diào)控回路，誘導(dǎo)基于6mA的轉(zhuǎn)錄狀態(tài)，促進(jìn)了其空間傳播，維持了這些狀態(tài)的表觀遺傳記憶（僅看這些文字確實(shí)懵逼，詳見文章）。

合成的6mA表觀遺傳調(diào)控系統(tǒng)

 

后續(xù)解讀將會(huì)整理6mA DNA甲基化和去甲基化相關(guān)的酶以及常用的檢測方法等，敬請期待?。?！

 

 

參考文獻(xiàn)：

 ADDIN EN.REFLIST 

1. Heyn, H. & Esteller, M. An Adenine Code for DNA: A Second Life for N6-Methyladenine. Cell 161, 710-3 (2015).

2.  Luo, G.Z., Blanco, M.A., Greer, E.L., He, C. & Shi, Y. DNA N(6)-methyladenine: a new epigenetic mark in eukaryotes? Nat Rev Mol Cell Biol 16, 70510 (2015).

3. Zhou, C., Liu, Y., Li, X., Zou, J. & Zou, S. DNA N(6)-methyladenine demethylase ALKBH1 enhances osteogenic differentiation of human MSCs. BoneRes 4, 16033 (2016).

4.Zhu, S. et al. Mapping and characterizing N6-methyladenine in eukaryotic genomes using single-molecule real-time sequencing. Genome Res 28, 1067-1078(2018).

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SSBP1 on the mitochondrial genome. Nucleic Acids Res 46, 11659-11670 (2018).

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8. Park, M., Patel, N., Keung, A.J. & Khalil, A.S. Engineering Epigenetic Regulation Using Synthetic Read-Write Modules. Cell 176, 227-238 e20 (2019).