顶级科学家张毅Nature子刊表观遗传学新文章

　　

生物通报道  来自霍华德休斯医学研究所、哈佛大学医学院的研究人员报告称，采用一种甲基化酶辅助的亚硫酸氢盐测序法（bisulfite sequencing）可以单碱基分辨率分析DNA主动去甲基化（active DNA demethylation）。相关研究论文发布在11月2日的《自然生物技术》（Nature Biotechnology）杂志上。

著名华人科学家张毅（Yi Zhang）教授及Hao Wu博士是这篇论文的共同通讯作者。几年前，汤姆森科技信息集团旗下《科学观察》(Science Watch)评出了的高影响力论文数量最多的研究人员。原北卡罗莱纳大学医学院生物化学与生物物理学系教授、霍华德•休斯医学研究院(HHMI)研究员张毅（现就职于哈佛医学院）成为分子生物学和遗传学领域高影响力论文的数量最多的前十位顶级科学家之一。其大量文章被Nature、Science和Cell等世界顶级生物科学杂志收录，是表观遗传学DNA甲基化研究领域的权威专家（延伸阅读：顶级科学家张毅Cell表观遗传学新成果 ）。

DNA甲基化是一种在许多真核生物中调控基因组稳定性和功能的可逆性表观遗传标记，它是由DNA甲基转移酶（DNA methyl-transferase, Dnmt）催化S-腺苷甲硫氨酸作为甲基供体，将胞嘧啶转变为5mC （5-甲基胞嘧啶）的一种反应，在真核生物DNA中，5mC是唯一存在的化学性修饰碱基。DNA甲基化在维持正常细胞功能、遗传印记、胚胎发育以及人类肿瘤发生中起着重要作用。

在体内和体外的多种重编程过程中，DNA甲基化的去除对于全能性基因的激活和组蛋白修饰的重建十分重要。一般认为，DNA去甲基化有两种形式：一种是主动去甲基化；另外一种是与复制相关的DNA去甲基化。

研究人员认为，主动去甲基化的过程主要依赖于Tet家族双加氧酶和胸腺嘧啶DNA糖基化酶(TDG)。Tet酶可将DNA中的5mC和5hmC(5-羟甲基胞嘧啶)进一步氧化为5-胞嘧啶甲酰（5-formylcytosine，5fC），5-胞嘧啶羧基（5-carboxylcytosine，5caC）。而TDG负责选择性识别和切除5fC和5caC，通过碱基切除修复使其恢复为普通胞嘧啶。然而，目前要对DNA主动去甲基化活动进行高分辨率及定量分析仍是一个挑战。

在这篇新文章中，作者们描述了一种M.SssI甲基化酶辅助亚硫酸氢盐测序法（M.SssI methylase-assisted bisulfite sequencing ,MAB-seq)，证实采用这种方法可以单碱基分辨率直接绘制5fC/5caC图谱。他们证实在耗尽TDG的胚胎干细胞中进行全基因组MAB-seq可以鉴别出5fC/5caC，由此生成了单碱基分辨率的DNA主动去甲基化图谱。

比较5fC/5caC和5hmC的分布图表明，Tet酶的催化能力与局部染色质可接近性相关。MAB-seq还揭示出在回文结构CpGs中主动去甲基化显示极大的链不对称性。研究人员证实结合MAB-seq和其他的碱基分辨率绘图方法能够在主动去甲基化级联反应的一些关键过渡步骤定量检测胞嘧啶修饰的状态，并揭示了5fC/5caC切除修复在这一分步过程中所起的调控作用。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Single-base resolution analysis of active DNA demethylation using methylase-assisted bisulfite sequencing

Active DNA demethylation in mammals involves TET-mediated iterative oxidation of 5-methylcytosine (5mC)/5-hydroxymethylcytosine (5hmC) and subsequent excision repair of highly oxidized cytosine bases 5-formylcytosine (5fC)/5-carboxylcytosine (5caC) by thymine DNA glycosylase (TDG). However, quantitative and high-resolution analysis of active DNA demethylation activity remains challenging. Here, we describe M.SssI methylase-assisted bisulfite sequencing (MAB-seq), a method that directly maps 5fC/5caC at single-base resolution……