DNA methylation----DNA甲基化培训讲解.pptx

DNA甲基化DNA methylationDNA甲基化是DNA的一种修饰方式。真核生物中，DNA甲基化发生在CpG中胞嘧啶第5位碳原子上。DNA甲基转移酶催化。S-腺苷甲硫氨酸提供甲基。生成5-甲基胞嘧啶（5-mthylcytosine, 5mC)。DNA甲基化具有可遗传性。SAM: S-腺苷甲硫氨酸SAH：S-腺苷高半胱氨酸哺乳动物基因组中5mC占胞嘧啶总量的2%-7%，约70%的5mC存在于CpG二连核苷。在结构基因的5’端调控区域, CpG二连核苷常常以成簇串联形式排列，这种富含CpG二连核苷的区域称为CpG岛(CpG islands)，其大小为500-1000bp，约56%的编码基因含该结构。基因调控元件(如启动子)所含CpG岛中的5mC会阻碍转录因子复合体与DNA的结合。DNA甲基化一般与基因沉默相关联；非甲基化一般与基因的活化相关联；而去甲基化往往与一个沉默基因的重新激活相关联。CpG岛CpG岛：富含CpG序列，长度500-1000bp，GC含量超过55%。哺乳动物：26,000至45,000个CpG岛。通常在持家基因和组织性特异表达基因的启动子上。60%左右编码基因的5’-UTR区域含有CpG岛。CpG岛通常不被甲基化。CpG岛在重复片段和3’-UTR区域能发生甲基化。1.CpG岛主要处于基因5’端调控区域。2.启动子区域的CpG岛一般是非甲基化状态的，其非甲基化状态对相关基因的转录是必须的。3.目前认为基因调控元件（如启动子）的CpG岛中发生5mC修饰会在空间上阻碍转录因子复合物与DNA的结合。因而DNA甲基化一般与基因沉默相关联。DNA甲基转移酶DNMTs根据结构和功能分为3类：DNMT1，DNMT2和DNMT3.DNMT1的N-端为调控结构域，主要参与细胞内的定位和催化活性的调节；C-末端为催化结构域，催化甲基化的发生。DNMT1存在四种变体。参与DNA复制的甲基化。DNMT2结构特殊，缺乏N-端调节结构域，仅含有C-端的催化结构域。DNMT3家族包括DNMT3a, DNMT3b和调节因子DNMT3L，且包含许多变体。DNMT3主要对未甲基化DNA的全新甲基化。DNMT1：最早被克隆，甲基化活性较高 。DNMT1优先和半甲基化DNA结合，然后进行胞嘧啶甲基化。N-端包括NLS，PCNA结合位点，复制叉作用位点，锌离子结合域（ZnD）及BAH结构域。C-端为催化结构域（CatD），包含6个甲基转移酶的识别位点。ZnD与甲基化DNA结合，引发DNMT1发生构象改变，催化甲基化进行。DNMT2缺乏N-端，只有C-端催化域。分布广泛，很多组织中都有表达。最近发现天冬氨酸转运RNA是其底物。DNMT2基因敲除，导致肝脏，神经等组织的异常。DNMT3:包括DNMT3a, DNMT3b和调节因子DNMT3L参与DNA从头甲基化DNMT3a和DNMT3b结构类似：N-末端有PWWP位点，锌离子结合域CXXC，C-末端具有催化功能。DNMT3L较小，N-末端只有PHD结构域，C-末端缺乏催化功能域，主要协助DNMT3来进行DNA甲基化。DNA甲基化与基因表达DNA甲基化虽然没有改变基因DNA的序列，但可在转录水平调控基因的表达。DNA甲基化抑制基因的转录，通常认为在下列2个方面：1. DNA甲基化阻碍了转录因子的结合，从而抑制了基因的表达。2. DNA甲基化导致甲基化结合蛋白的结合，进而导致转录抑制因子与基因的结合，抑制基因的转录表达。一些转录因子的DNA结合位点含有CpG，当CpG被甲基化时，将降低转录因子与启动子的结合，从而抑制了基因的转录。如E2F，AP2，MYC和YY1等转录因子。DNA大沟是很多转录因子的结合部位，5-甲基胞嘧啶会伸入DNA的大沟里，从而影响转录因子的结合。DNA甲基结合蛋白：通常含有MBD结构域，与甲基化的DNA结合。此外还有1个TRD结构域，可以和转录抑制因子结合。转录抑制因子可和染色质重塑复合物结合，改变染色质构象，阻碍其它转录因子及RNA聚合酶与基因的结合。甲基化结合蛋白哺乳动物中，重要的甲基化结合蛋白包括：MBD1, MBD2, MBD3，MBD4及MeCP2等。除MBD3外，其它几种都含有甲基结合域，与甲基化的DNA结合，从而改变染色质结构。MeCP1(metyl-CpG-binding protein1, 甲基化CpG结合蛋白1），可以识别12个以上的对称性的CpG位点。它是一个多亚单位复合物，包括MBD2, NuRD（nucleosome remodeling and histone deacetylase)复合物和Mi-2复合物，其中MBD2介导了其与甲基化DNA的识别。MeCP2是第一个发现的MBD。含有2个重要的结构域：MBD（methyl-binding domain, 甲基