顶级科学家张毅Nature子刊发布表观遗传新成果

　　

生物通报道  哈佛医学院的研究人员报告称，他们采用MAB-seq和caMAB-seq方法以碱基分辨率分析了主动DNA去甲基化作用。这一研究成果发布在5月12日的《Nature Protocols》杂志上。

著名华人科学家张毅（Yi Zhang）教授是这篇论文的通讯作者。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。

5-甲基胞嘧啶（5mC）被认为是哺乳动物基因组中除腺嘌呤、胸腺嘧啶、胞嘧啶及鸟嘌呤之外的第5种碱基。它与染色质的另外一种重要组分组蛋白以及翻译后修饰的组合决定了特定基因组区域染色质的结构及基因转录活性，从而形成一层叠加于碱基序列上的表观遗传信息。胞嘧啶甲基化，也称为DNA甲基化，参与了诸多生理学过程，包括基因印迹、X染色体的失活、基因组稳定性的维持、转座子及逆转录转座子的沉默及组织特异性基因的沉默等。

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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双加氧酶Tet家族和胸腺嘧啶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。

在这篇Nature Protocols文章中，张毅和合著者指出要充分认识双加氧酶Tet家族介导去甲基化这一功能需要有一些新的方法以高分辨率定量绘制5mC碱基图谱。2014年，张毅开发出了一种甲基化酶辅助亚硫酸氢盐测序法（MAB-seq)，使得能够以碱基分辨率绘制两种氧化5mC碱基：5fC和5caC（顶级科学家张毅Nature子刊表观遗传学新文章 ）。在标准亚硫酸氢盐测序(BS-seq)中，未修饰的C、5fC和5caC会被读取为胸腺嘧啶；因此无法将5fC、5ca和C区分开来。在MAB-seq中，未修饰的C会通过酶促转变为5mC，使得能够直接绘制出罕见修饰5fC和5caC的图谱。

现在结合MAB-seq以及将5fC化学还原为5hmC的方法，张毅和同事们又开发出了一种直接绘制5caC的方法caMAB-seq。与基于减除（subtraction）的绘制方法相比，MAB-seq和caMAB-seq需要较少的测序工作，能够强有力地统计识别5fC和/或5caC。MAB-seq和caMAB-seq可以被利用来在全基因组范围内(全基因组MAB-seq)，在富含增强子标记组蛋白修饰的特定基因组区域（ChIP-MAB-seq），或在富含CpG的序列如基因启动子中（RR-MAB-seq）绘制5fC/5caC。整个实验方案，包括DNA制备、酶处理、文库制备和测序可在6-8日内完成。

最近，德国美因茨分子生物学研究所（IMB）的科学家，已经确定了“表观遗传标记如何被从DNA中去除”这个谜题的一个缺失部分。针对DNA去甲基化的研究，进一步阐释了对于发育和疾病（如癌症）至关重要的一个基本过程。相关研究结果发表在2016年1月11日的Nature Structural and Molecular Biology杂志（解开DNA去甲基化的谜团）。

2015年，来自复旦大学、中科院上海药物研究所等机构的研究人员，揭示出了TET在介导DNA氧化去甲基化作用时的底物偏好及结构基础。研究成果发布在10月28日的Nature杂志上（复旦大学、中科院Nature发布表观遗传新成果 ）。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Base-resolution profiling of active DNA demethylation using MAB-seq and caMAB-seq

A complete understanding of the function of the ten-eleven translocation (TET) family of dioxygenase-mediated DNA demethylation requires new methods to quantitatively map oxidized 5-methylcytosine (5mC) bases at high resolution. We have recently developed a methylase-assisted bisulfite sequencing (MAB-seq) method that allows base-resolution mapping of 5-formylcytosine (5fC) and 5-carboxylcytosine (5caC), two oxidized 5mC bases indicative of active DNA demethylation events. In standard bisulfite sequencing (BS-seq), unmodified C, 5fC and 5caC are read as thymine; thus 5fC and 5caC cannot be distinguished from C. In MAB-seq, unmodified C is enzymatically converted to 5mC, allowing direct mapping of rare modifications such as 5fC and 5caC. By combining MAB-seq with chemical reduction of 5fC to 5hmC, we also developed caMAB-seq, a method for direct 5caC mapping. Compared with subtraction-based mapping methods, MAB-seq and caMAB-seq require less sequencing effort and enable robust statistical calling of 5fC and/or 5caC. MAB-seq and caMAB-seq can be adapted to map 5fC/5caC at the whole-genome scale (WG-MAB-seq), within specific genomic regions enriched for enhancer-marking histone modifications (chromatin immunoprecipitation (ChIP)-MAB-seq), or at CpG-rich sequences (reduced-representation (RR)-MAB-seq) such as gene promoters. The full protocol, including DNA preparation, enzymatic treatment, library preparation and sequencing, can be completed within 6–8 d.