Cell子刊：DNA甲基化的不完全重置

研究人员利用Illumina测序平台生成了高分辨率的甲基化图谱，标注了原始生殖细胞中DNA去甲基化的时机和位点。研究显示大多数去甲基化事件比人们的预想要发生得更早，此外研究人员还发现了能避开去甲基化的DNA区域，而这很可能就是将环境影响传递给子代的机制。

　　

生物通报道：Babraham研究所的科学家们揭示了生殖细胞（卵子和精子）发育时DNA重置的机制。众所周知，表观遗传学修饰是指不改变DNA序列的DNA修饰，DNA上添加这样的小基团会改变基因的活性。在人们的一生中（包括在子宫内的发育），表观遗传学修饰都在不断积累和变化，环境也能够对表观遗传学修饰发生影响。

在生殖细胞的成熟过程中，绝大多数DNA修饰会被抹去，这种重置机制会删除相应的“环境记忆”，不过也会有一部分DNA修饰保留下来。了解这一重编程机制，不仅能够加深人们对发育的理解，还有助于人们解析表观遗传学修饰在世代间传递的机制。

生物体内的每个细胞都具有相同的DNA序列（基因组），是DNA序列的差异性表达（基因开启和关闭的差异）形成了不同的细胞类型。甲基化往往出现在不活跃的基因上，而这项研究首次对原始生殖细胞上的甲基化情况进行了全基因组研究。

研究人员利用Illumina测序平台生成了高分辨率的甲基化图谱，标注了原始生殖细胞中DNA去甲基化的时机和位点。一直以来，人们对哺乳动物体内的去甲基化过程知之甚少，而这项研究显示大多数去甲基化事件比人们的预想要发生得更早。此外，更令人兴奋的是研究人员发现了能避开去甲基化的DNA区域，而这很可能就是将环境影响传递给子代的机制。有趣的是，上述区域之一还与2型糖尿病有关。

文章的资深作者Wolf Reik教授补充道，近年来有不少研究证实在哺乳动物中环境信息可以传递到下一代。例如，高脂饮食的小鼠其后代的代谢也受到了影响。但迄今为止，人们还不知道环境信息的遗传是如何发生的，而这项新研究从机制上支持了上述现象。此外研究显示，形成精子的细胞与形成卵子的细胞相比，DNA去甲基化完全发生得更为频繁，意味着在表观遗传学修饰的传代方面父亲的作用可能更大。这项研究不仅能帮助人们进一步理解遗传和发育的机制，还为治疗肥胖和糖尿病等疾病带来了新启示。

 

（生物通编辑：叶予）

生物通推荐原文摘要：

The Dynamics of Genome-wide DNA Methylation Reprogramming in Mouse Primordial Germ Cells

Genome-wide DNA methylation reprogramming occurs in mouse primordial germ cells (PGCs) and preimplantation embryos, but the precise dynamics and biological outcomes are largely unknown. We have carried out whole-genome bisulfite sequencing (BS-Seq) and RNA-Seq across key stages from E6.5 epiblast to E16.5 PGCs. Global loss of methylation takes place during PGC expansion and migration with evidence for passive demethylation, but sequences that carry long-term epigenetic memory (imprints, CpG islands on the X chromosome, germline-specific genes) only become demethylated upon entry of PGCs into the gonads. The transcriptional profile of PGCs is tightly controlled despite global hypomethylation, with transient expression of the pluripotency network, suggesting that reprogramming and pluripotency are inextricably linked. Our results provide a framework for the understanding of the epigenetic ground state of pluripotency in the germline.