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    表观遗传大牛(niú)何(hé)川(chuān)一路(lù)高歌,继Cell后再登Nature,在表观遗(yí)传领域(yù)又取得新(xīn)突破

    source:TIME:2018-11-02 13:21:45分享到(dào):

    iNature

    美国作家(jiā)丹(dān)尼尔·凯(kǎi)斯在他最著名的作品之一《献给阿尔吉侬的(de)花束(shù)》中,描述(shù)了智商低下的(de)查理,通过手术成为了天才(cái)的故事,文中“阿尔吉(jí)侬”是一只与查理接受了同(tóng)样手术的小鼠。现在,科学的研究(jiū)似乎要(yào)将这部科幻(huàn)小说的故(gù)事变成现实。2018年(nián)10月31日,Nature刊登了上海科技大(dà)学周涛团(tuán)队、芝加(jiā)哥大学何(hé)川团队以及美国(guó)宾夕法尼亚大(dà)学(xué)宋红(hóng)军团(tuán)队的学术论文《m6A facilitates hippocampus-dependentlearning and memory through YTHDF1》,文(wén)章论述了m6A对学习和记忆的作用。iNature盘点发现,在短短的一年(nián),何川在Cell,Mol Cell,Cell Research等杂志(zhì)上发表了7篇关于m6A的(de)文章,在(zài)此,我们(men)特将何川(chuān)研究团队的这(zhè)些文章(zhāng)总结于此。


    何川



    1Nature:m6A通过(guò)YTHDF 1促进海马依赖性(xìng)学(xué)习和(hé)记忆


    N6-甲基腺苷(m6A)是哺乳动物信(xìn)使RNA上最普遍的内部RNA修饰,通过m6A特异性结合蛋白(bái)调控(kòng)修(xiū)饰转录(lù)的目的和功能(néng)。在神经系(xì)统(tǒng)中,m6A数(shù)量丰富,功能多样。在之前(qián)的研(yán)究中人们得知,m6A标记不(bú)同(tóng)生理过程中协调降解的mRNAs组,但(dàn)是,在体内m 6A和mRNA翻译的相关(guān)性仍然是未知的。


    本文中,研(yán)究人员(yuán)发现,通过结合蛋(dàn)白YTHDF 1,m6A促进成年(nián)小鼠海马体神经元刺激反应的转录的(de)蛋白(bái)翻(fān)译,从而促进学习和记忆。敲(qiāo)除(chú)Ythdf 1基(jī)因的小鼠显示学习和记忆缺陷以及海(hǎi)马突触传递受损。YTHDF 1在成年Ythdf 1-敲除(chú)小鼠海(hǎi)马体中的(de)再表达,可以(yǐ)修复行为和(hé)突触缺陷,而海马体上(shàng)特(tè)异性精确敲(qiāo)除Ythdf 1METTL 3(其编码了(le)m6A甲基转移酶复合物中(zhōng)的催化(huà)组分)则重现为海马体(tǐ)缺乏症。海(hǎi)马体(tǐ)上mRNAs的YTHDF 1结合位点和m6A 结合位(wèi)点确定了关键的神经元基因。新生蛋(dàn)白标记和海马体神经元系绳报(bào)告试验表明(míng),YTHDF 1以神经元刺激依赖的方式促进蛋白质(zhì)合(hé)成(chéng)。总(zǒng)之,YTHDF 1有助于翻译m6A-甲基(jī)化神经元mRNAs对神经元(yuán)刺激的反应,这一过程有助于学习和(hé)记忆。



    高表达YTHDF1(AAV-YTHDF 1)和对照(AAV-对照)的AAV结构示意图。


    研究证明,YTHDF 1的缺失损害了海马体突触的基础传递和LTP。YTHDF 1的存在可以加速(sù)新的(de)蛋白(bái)质合成,这是突触可(kě)塑性和记忆形成的长期变化所必需(xū)的;Ythdf 1-KO小鼠,刺激依(yī)赖的(de)蛋白质(zhì)合成减弱,导致突触强化效率较低(dī),达(dá)到记忆形成阈值的可能性较低。m6A对翻(fān)译的促进作(zuò)用(yòng)可(kě)能是(shì)通过刺激诱导,如文中对(duì)YTHDF 1的作用,这可能代表RNA甲基(jī)化依(yī)赖(lài)的(de)翻译调节的一个重要方面。


    原(yuán)文链接:

    https://www.nature.com/articles/s41586-018-0666-1




    2Cell Research:A dynamic N6-methyladenosinemethylome regulates intrinsic and acquired resistance to tyrosine kinaseinhibitors


    白血病是一(yī)种(zhǒng)侵袭性恶性肿瘤,通常与激(jī)活受(shòu)体酪氨酸激酶(méi)(RTKs)突(tū)变有关,包括BCR / ABL,KIT和FLT3等。许多针(zhēn)对(duì)这些突变的(de)酪(lào)氨酸激酶抑(yì)制剂(jì)(TKIs)已进入临(lín)床,但迅速(sù)获得对TKIs的(de)抵抗是成功(gōng)治(zhì)疗白血病的主(zhǔ)要(yào)障碍。最(zuì)常被引(yǐn)用的机制(zhì)是获得性(xìng)药物抗性突(tū)变,其(qí)损害药物结合或绕过抑(yì)制的RTK信号传导。然而,这(zhè)不足以揭示(shì)药物暴露后TKI耐药(yào)性的出现(xiàn)相(xiàng)对(duì)迅速的情(qíng)况。在(zài)“药(yào)物假期(qī)”之(zhī)后,抗性表型(xíng)是可逆的。许多具有(yǒu)抗性的(de)患者(zhě)也仅表达天然激酶(méi)(例如,BCR / ABL)或已(yǐ)经激活平行途(tú)径,涉及癌基因的过度简化(例如(rú),BCL-2,BCL-6,AXL和MET)。


    事(shì)实上,最近的研究结果已经将获(huò)得性TKI耐药性与肿瘤(liú)内的细胞(bāo)异质性(xìng)和表观基因组构(gòu)型的动态变异联系起来。据推测,异质性肿瘤(liú)细胞群中不同的表观遗(yí)传模(mó)式(shì)可(kě)以在细胞命运决定基(jī)因的表达中产生(shēng)多样性。通过药物选择可(kě)以迅速发展。然而,TKI抗性中(zhōng)关键表观遗传事(shì)件的描述远未完成。


    N6-甲基腺苷(m6A)是哺乳动(dòng)物(wù)mRNA最常见的上皮转录组修饰.14,15,16它由甲基转移酶复合物(如(rú)METTL3-METTL14)安装,可被去甲基化酶清除(chú)(如FTO和(hé)ALKBH5)。虽然任何特定m6A残基的确切作用尚不清(qīng)楚,但21个丰富的证据支持m6A甲基化,一般来说(shuō),严格(gé)调节(jiē)mRNA稳(wěn)定性,剪接(jiē)和(hé)/或蛋白质翻译,从而影响基因表(biǎo)达。一致地(dì),沉默m6A甲基(jī)转移酶(例如,IME4,METTL3的酵母直(zhí)向同(tóng)源物)或FTO的敲低改(gǎi)变m6A丰(fēng)度,重新建模基因表(biǎo)达(dá)谱和/或转录物的可变(biàn)剪接模式。


    尽管最近关于角色的(de)工作m6A在各种生(shēng)物学过程中(zhōng)的作(zuò)用,m6A甲基化是否以及如何(hé)调(diào)节TKI选择(zé)下的细胞(bāo)命运决(jué)定仍(réng)然未(wèi)知。我们假设,暴露于TKI后(hòu),m6A甲基化的可逆性质使(shǐ)得携带m6A位点的一(yī)组增殖(zhí)/抗凋亡(wáng)癌基因上调,从而帮助细胞亚群逃避TKI介导的杀伤。为了测试这一点,我们模拟并表征了不同白血病模(mó)型中的TKI抗性(xìng),并直接在白血病细胞(bāo)的转录组中(zhōng)定位m6A。我们的研究结果(guǒ)表明,内在和诱导型FTO-m6A轴作(zuò)为表(biǎo)征白(bái)血病细胞异质性的新标记,以及白血病细胞产生TKI抗性(xìng)表型的(de)广(guǎng)泛防御机制。我们的(de)发现确定(dìng)了(le)针对FTO-m6A轴预防/根除获得性TKI耐药性的可(kě)行性(xìng)。


    研(yán)究人员(yuán)的研(yán)究结果显示在酪氨(ān)酸激(jī)酶抑制剂(TKI)治疗(liáo)期间开发抗性表型取决于白(bái)血病细胞中FTO过表达(dá)导致的(de)m6A减少。这种失(shī)调的FTO-m6A轴预先存在(zài)于幼稚细胞群中(zhōng),这些细胞群具(jù)有(yǒu)遗传同质性,并且(qiě)响应TKI处理(lǐ)是(shì)可诱导(dǎo)/可逆(nì)的(de)。具有mRNAm6A低甲(jiǎ)基化和FTO上调的细胞在小鼠中表现出更高的TKI耐受性和更(gèng)高(gāo)的生长速率。通过FTO失活的m6A甲(jiǎ)基化的遗(yí)传或药理学恢复使得对(duì)TKI敏感的抗(kàng)性细胞。


    从机制(zhì)上讲,FTO依(yī)赖性m6A去甲基化增强了携(xié)带(dài)m6A的增殖/存(cún)活转录物(wù)的mRNA稳(wěn)定性,并随后导致蛋白质(zhì)合成增(zēng)加。我们的研究(jiū)结果(guǒ)确定了(le)m6A甲基化(huà)在调(diào)节细(xì)胞命运决定中的新(xīn)功能,并证明动态m6A甲基化组(zǔ)是可逆TKI耐(nài)受状态的额外表观遗(yí)传驱(qū)动因子,为癌症中的耐药性提供了机制典(diǎn)型范例。





    3Cell:m6A可以控制哺乳动(dòng)物(wù)的皮质神经元的发生



    由Mett13 / Mett14甲基转(zhuǎn)移酶复合物催化产生的N6-甲基(jī)腺(xiàn)苷(m6A)是最普遍的mRNA内(nèi)部修饰。 m6A是否(fǒu)调节哺乳动物的(de)大脑(nǎo)发育是未知的。在这(zhè)里(lǐ),我们显示胚胎小鼠(shǔ)脑中Mettl14敲除下(xià),m6A缺失,延(yán)长了神经胶质(zhì)细(xì)胞(bāo)的细胞周(zhōu)期,并(bìng)将皮质神经发生延伸到(dào)出生后阶(jiē)段;通过(guò)Mettl3敲(qiāo)除,也得到(dào)了类似的现象(xiàng)。胚胎小鼠(shǔ)皮层的m6A测(cè)序显示,m6A主(zhǔ)要富集在(zài)转录因子,神(shén)经发生(shēng),细胞周期和神经元分化的(de)mRNA中(zhōng),m6A标记(jì)促进其衰老。进(jìn)一(yī)步的分析发现皮质神经干细胞中(zhōng)以(yǐ)前未被认可的(de)转录模式中,m6A信号也调节前脑(nǎo)组织中的人皮质神(shén)经发生。小鼠与人类皮(pí)质神经发(fā)生之间的(de)m6A-mRNA全基(jī)因组的(de)比(bǐ)较,揭(jiē)示了人特(tè)异性m6A标记(jì)的转录本(běn)与脑(nǎo)障碍风险基(jī)因相关(guān)。



    亮(liàng)点


    • m 6 A缺失,导致(zhì)皮质神经原始细胞(bāo)的细胞周期延长;

    • 经过比较小鼠及人类的m 6 A图谱,呈现出保守及独(dú)特性;

    • m 6 A促进标记(jì)的神(shén)经发生相关(guān)的转(zhuǎn)录本被延迟(chí)降解;

    • 转录(lù)本的提前印记对于(yú)神经元的发(fā)生是必需的。




    4Molecular Cell :FTO在细胞(bāo)核和细胞质中介导的差(chà)异m6A,m6Am和m1A去甲基化(huà)



    已(yǐ)经提出脂肪量和(hé)肥胖相关蛋白(FTO)通过全基(jī)因组关联研究(GWAS)与人类肥胖相关联。已显示FTO的遗传变异与食物(wù)摄入增(zēng)加有关,而FTO中的功能丧失(shī)突变导致严重的(de)生长迟(chí)缓和CNS缺(quē)陷。


    由于(yú)这些有趣的表型(xíng),已经(jīng)广泛致力于(yú)鉴定底物和理解(jiě)FTO的生物学(xué)功能(néng)。FTO被鉴定为(wéi)第一(yī)种RNA去甲基(jī)化酶,其在体(tǐ)外和细胞中催化mRNA中N6-甲基腺苷(m6A)甲基化(huà)的逆转。 m6A是哺(bǔ)乳(rǔ)动物mRNA中最(zuì)丰富(fù)的内部修(xiū)饰。已知(zhī)m6Am的m6A部分是FTO的体外底物,最(zuì)近的研究表明m6Am通过(guò)阻止DCP2介导的脱帽和microRNA介导的mRNA降解来稳定mRNA。然(rán)而,FTO去除m6Am的功能相关性(xìng)尚未(wèi)得(dé)到充分探索。


    在该项研(yán)究组中,何川研究组证实FTO可以从纯化的多腺苷酸化(huà)RNA中有(yǒu)效地(dì)去甲基化m6A和m6Am。何川(chuān)研(yán)究组发现细(xì)胞核和细胞(bāo)质中的FTO定位在(zài)细胞类型之间变化,并且FTO在细胞核和细胞(bāo)质中具(jù)有不(bú)同的底物(wù)库(kù)。何(hé)川研究组进一步鉴定了FTO的其他RNA底物,包(bāo)括(kuò)tRNA中的(de)N1-甲基腺苷(m1A),U6 RNA中的m6A,以及小核RNA(snRNA)中的内部(bù)和(hé)帽m6Am。该研(yán)究提(tí)供了迄今为止FTO介导的RNA去(qù)甲基化的最全面的景观(guān)。它揭示(shì)了由FTO介导的核(hé)与细胞质去甲基化所赋予的先前未被认可的空(kōng)间调节,其对靶RNA发挥(huī)不同的作(zuò)用。




    5Nature cell biology:m6A mRNA甲基化(huà)是子宫内膜癌的致癌机制



    N6-甲基(jī)腺苷(m6A)是人类最普(pǔ)遍的信使RNA修饰形(xíng)式。这种修改(gǎi)是可(kě)逆的,其生物学效应主要是(shì)通(tōng)过“写入”、“橡皮(pí)”和“读取(qǔ)”蛋白来介导的。所(suǒ)谓的“写入(rù)”复(fù)合(hé)物,核心部分为METTL3–METTL14 m6A甲基(jī)转移(yí)酶,还包括其他调控因子(zǐ)亚单元,作用是催化m6mRNA甲基化。至少有两(liǎng)种橡皮擦(cā)酶FTO和(hé)ALKBH 5介导了甲基化的逆反应(yīng)。m6甲(jiǎ)基化的转录被读(dú)取器蛋(dàn)白质锁识别(bié),该蛋白(bái)可以调节(jiē)mRNA前(qián)处理、翻译和退化。在哺乳动物中,m6A依赖的(de)mRNA调节(jiē)是必不可少的。m6A甲基化(huà)的缺陷影响(xiǎng)很多(duō)的生物过(guò)程。特别(bié)的是,m6A mRNA甲基化(huà)通过影响细胞(bāo)分化(huà)过程中mRNA的转换而调节干细胞的(de)自我(wǒ)更新和分(fèn)化,并在(zài)胚胎发育过程中对转录组的转(zhuǎn)换起(qǐ)重要作用(yòng)。与这些作(zuò)用(yòng)一致(zhì),m6A mRNA甲基化是一种影响多(duō)种癌症发生(shēng)和发展的途径(jìng)。


    m6mRNA甲基化对干细胞和癌细胞(bāo)生长和增殖有着重要影响。不过(guò),m6A甲基化如何影响细胞生长,哪些基础途径和机制(zhì)介(jiè)导这些变化仍未完全阐明。本文研究子宫内膜癌中的这个问题,其中测序研究(jiū)发现了(le)m6A甲基转移(yí)酶亚(yà)基METTL 14的频繁突变。研究(jiū)人员发现与(yǔ)对应的(de)正常(cháng)子宫内膜相(xiàng)比,约(yuē)有70%的子宫内(nèi)膜肿瘤细胞中m6A甲基(jī)化(huà)有(yǒu)减(jiǎn)少的趋势。这些减少的(de)m6A甲基化(huà)可(kě)能是由METTL 14的突(tū)变或降低METTL 3甲基转移酶(méi)的表达。通过METTL 14突变或METTL 3下调(diào),降低m6A mRNA在子宫内膜(mó)癌细胞中的(de)水平,可促进体外和活体细胞增殖和致瘤性。子(zǐ)宫内膜(mó)癌患者肿瘤和(hé)细(xì)胞系的m6A -seq特征(zhēng)显示m6A mRNA甲基化可以通(tōng)过改变影响(xiǎng)AKT信(xìn)号通路的关键酶(méi)的表达来促进细(xì)胞(bāo)增殖。抑(yì)制AKT活化可以逆转(zhuǎn)m6A甲基化减少(shǎo)引起的增殖增加。这些结果(guǒ)共同表(biǎo)明了m6A mRNA甲基化为子宫内膜癌的致癌(ái)机(jī)制,m6A甲基(jī)化可以作为(wéi)AKT信号调(diào)节因(yīn)子。

    正(zhèng)常子宫内膜(左(zuǒ))和子宫内膜癌(右)


    这些发现可能适用于(yú)子宫内膜癌以外由AKT信号(hào)增强所导致的其他癌症(zhèng)。其他类型可以通过AKT激活的肿(zhǒng)瘤(liú)可以利用异常(cháng)的RNA甲基化来获得生存和生长优势。事实(shí)上,也有其他研究(jiū)观(guān)察到干细胞和癌细胞的增殖随着m6A甲基化的减少而(ér)增(zēng)加。当这篇论文被审查时,据报道,m6A甲(jiǎ)基(jī)化会影响AML中AKT的活性,以及肾细胞癌30T细胞分化。虽然本文的结(jié)果表明m6A甲(jiǎ)基化促进(jìn)子宫内膜肿瘤发生,其他癌症也与METTL 3高表达(dá)和m6A甲(jiǎ)基化增加(jiā)有(yǒu)关(guān),也可能涉及(jí)不(bú)同的(de)机制。然而,我们的(de)结(jié)果表(biǎo)明,通过(guò)m6A甲基化调(diào)节AKT的活性,可能是一种影响一系列其他生物(wù)过程的一般生长控制机制,这(zhè)将是未(wèi)来探索的一个新(xīn)方向。




    6Molecular Cell:Zc3h13调节核RNA m6A甲(jiǎ)基(jī)化和小鼠胚胎干细胞自我更新



    基(jī)因表达调控是(shì)生命活动的核心事件之一。RNA化学(xué)修饰是基因表达(dá)调(diào)控的重要手段。RNA m6A修饰广泛存在于病毒、细(xì)菌、单细胞生物和酵母等多个(gè)物(wù)种中,是真核生物mRNA上发生最为(wéi)广泛(fàn)的内部化学修(xiū)饰。


    Zc3h13与WTAP,Virilizer和Hakai互(hù)作


    RNA m6A修饰参与调(diào)节mRNA稳定性、剪接(jiē)加工、转(zhuǎn)运以及翻译等一系列(liè)mRNA加工(gōng)代谢过程,对(duì)mRNA的命运决定(dìng)发挥重要作用(yòng)。越来越(yuè)多的科学(xué)证据显(xiǎn)示mRNA m6A修饰在细(xì)胞分化、生物个(gè)体发育(yù)及癌(ái)症疾病发生等一(yī)系(xì)列生命过(guò)程中(zhōng)具有(yǒu)重要作用,成(chéng)为近年来表观转录组学的研(yán)究热点(diǎn)之一(yī)。


    Zc3h13调节mESCs中的(de)mRNA m6A


    哺乳动(dòng)物细胞中约25%的(de)mRNA有m6A修(xiū)饰,围绕(rào)该修饰的甲基转移(yí)酶复合物(wù)、去甲基转移酶和识别蛋白的研究较多,但是参(cān)与该修饰的调控(kòng)蛋白以及该(gāi)修饰的位点特异性调控机制依(yī)然(rán)不完全(quán)清楚。在该论文中(zhōng),研究者报道了Zc3h13是一个(gè)调控RNA m6A修饰的新成(chéng)员。研(yán)究发(fā)现,在(zài)小鼠(shǔ)胚胎干(gàn)细胞中抑制Zc3h13表(biǎo)达(dá)导致mRNA m6A水平显著降低,且这(zhè)些下降的m6A主(zhǔ)要(yào)发生在mRNA的3’端非编码区(qū)域。


    Zc3h13控制WTAP,Virilizer和Hakai的核定位


    此前,有(yǒu)报道显示Zc3h13存在于一(yī)个进化上保守的复(fù)合物Zc3h13-WTAP-Virilizer-Hakai之(zhī)中。研究者在(zài)探讨Zc3h13对m6A调控的分子(zǐ)机(jī)制研(yán)究中发(fā)现(xiàn)Zc3h13对m6A的调(diào)节(jiē)是(shì)通过控制复合物成员WTAP/Virilizer/Hakai的细胞定位(wèi)而(ér)发生作用(yòng)的。抑制Zc3h13表(biǎo)达(dá)导致复合物成员WTAP、Virilizer及(jí)Hakai蛋(dàn)白发生由细胞核向细胞(bāo)质的转移,同时伴(bàn)随甲(jiǎ)基转移酶Mettl3和Mettl14蛋白核内组分的减少,从而抑制m6A的形成。


    Zc3h13丧失损害mESC自我更新


    有意思的是,在细胞中(zhōng)敲(qiāo)低(dī)WTAP、Virilizer和Hakai,Zc3h13的核(hé)内定(dìng)位并不受影(yǐng)响,这提示了Zc3h13在该复合物的细胞定位中(zhōng)具有独特的作用;同(tóng)时,也为揭示m6A 修饰(shì)的特(tè)异调控机制提供了(le)线索。此外,研究者还发现敲低Zc3h13会损害小鼠胚胎干细(xì)胞的自我更新潜能并促进(jìn)细(xì)胞的分化,为m6A途径调节小鼠胚胎干细(xì)胞的多潜(qián)能性提供(gòng)了进一步的证据和线索(suǒ)。


    文章模(mó)型


    复旦大(dà)学刁建(jiàn)波副研究员、施扬教授(shòu)、石(shí)雨(yǔ)江教授和芝(zhī)加哥(gē)大学何川教授为论(lùn)文的共同通讯作者(zhě)。复旦大学(xué)生物医学研(yán)究院博士研究生温菁、吕(lǚ)瑞途(tú)和博士后马红辉为(wéi)论文的共同第一作者。




    7Cell Research:5-羟甲(jiǎ)基胞嘧啶在(zài)循环无细胞DNA中的特(tè)征是人类癌症的(de)诊断生物标志(zhì)物(wù)



    DNA修饰如5-甲基胞嘧(mì)啶(5mC)和5-羟甲基(jī)胞嘧啶(5hmC)是已知影响哺乳动物基(jī)因表达的表观遗(yí)传学(xué)标记。鉴于(yú)它们在人(rén)类基因组中的广泛分布特(tè)性,与(yǔ)基因表达密切相关(guān)和高度的化学稳定性,这些DNA表观遗传标记可(kě)以作为癌症诊断的理想生物标志物(wù)。利用(yòng)高度敏感和(hé)选择性的化(huà)学标记技术,何川等人在这里收集了最近诊(zhěn)断患有结直肠癌,胃(wèi)癌,胰腺癌,肝癌或甲状(zhuàng)腺(xiàn)癌的患者和来自90个健康个体的正常组织样品,进行对循环无细(xì)胞DNA(cfDNA)5hmC分析。


    去甲基化过程

     发现(xiàn)5hmC主(zhǔ)要分(fèn)布在转(zhuǎn)录(lù)活性区域,与开放的染(rǎn)色质和活性组蛋白修饰(shì)相(xiàng)一致。在cfDNA中鉴定出可靠(kào)的(de)癌症相关的5hmC标签,这是特定癌症类型(xíng)的(de)特征。基于5hmC的(de)循环(huán)cfDNA生物标志物(wù)对(duì)结肠直肠癌和胃癌具有高(gāo)度预(yù)测(cè)性,优于常(cháng)规生物标(biāo)志物(wù),与来自(zì)组织活检的5hmC生物标志物相当。因(yīn)此,这种新的策略可以导(dǎo)致从血液样本的(de)分析中发(fā)展有效的(de),微创的(de)癌症诊断(duàn)和预后方法。


    癌细胞释(shì)放DNA到血液


    胞嘧啶甲基化(形成5-甲基胞嘧啶,5mC)是影响基因(yīn)表达的公认的表观(guān)遗传(chuán)学修(xiū)饰【1,2】。 DNA的5mC重(chóng)构在哺乳动(dòng)物(wù)发育和细(xì)胞(bāo)分化以及癌症发生,进展(zhǎn)和治疗反应过(guò)程中广泛使用【3,4】。哺乳动物基因(yīn)组中的活性去(qù)甲基(jī)化(huà)是由将5mC修(xiū)饰氧(yǎng)化为5-羟甲基胞(bāo)嘧(mì)啶(5hmC)【5,6】,以及进一步转化为(wéi)5-甲酰基胞(bāo)嘧啶(5fC)和5-羧基胞嘧啶(5caC)的TET家(jiā)族的双(shuāng)加氧酶完成【7,8,9】。 “中间”5hmC不仅(jǐn)标志着活跃(yuè)的(de)去甲基化,而且(qiě)还是一个相(xiàng)对稳定(dìng)的(de)DNA标记,具有不同的表观遗传角色【2,10-15】。 5hmC在各种哺乳动(dòng)物细胞和(hé)组织中最近的全基因组测序图谱支持其作为基因表达(dá)的标记(jì)的(de)作用【16-21】;它在增强子,gene body和启动子富集(jí),5hmC的变(biàn)化与基因表达水平的变化相关【22,23】。


    高通量测(cè)序


    来自循环血液中不同组织的无细(xì)胞DNA(cfDNA)的发现对临床具有革命性的潜在应用【24】。基于液体活检的(de)生物(wù)标志(zhì)物和(hé)检测工具与现有的诊(zhěn)断和预(yù)后(hòu)方法(fǎ)相(xiàng)比具有显著(zhe)的优势,包括微创(chuàng)。因此(cǐ),他们具有成本效益的潜力,可以促进更(gèng)高的(de)患者依从性(xìng)和临床便利性,从而(ér)实现动态监测【25】。


    人类(lèi)癌症的cfDNA中,检测5hmC的生物(wù)标志(zhì)物(wù)


    肿瘤相(xiàng)关的cfDNA体(tǐ)细胞突变(biàn)已经(jīng)显示与肿瘤(liú)组织共享(xiǎng),尽(jìn)管低(dī)的(de)突变频(pín)率和(hé)缺乏来(lái)源组织的信息阻(zǔ)碍了(le)检(jiǎn)测(cè)的敏(mǐn)感性。 5mC和5hmC来自液(yè)体活组织检查的(de)cfDNA可以作为平(píng)行(háng)或(huò)更有价值的生物标(biāo)志物(wù),用于人类疾病的非侵入性诊断和(hé)预后(hòu),因为它们概(gài)括了相关细胞(bāo)状态中的基因表达变化。如果可以灵敏地(dì)检测这些胞嘧啶修(xiū)饰模式,则可以鉴定疾病特异性生物标志物,用于(yú)早期的肿(zhǒng)瘤检测,诊断和预后。


    5hmC在癌细胞的差(chà)异化富集


    高(gāo)通(tōng)量测序是检测(cè)全基因(yīn)组胞嘧啶修饰模式的(de)理想平台(tái)。全基因组亚硫(liú)酸氢(qīng)盐测序或替代(dài)方法已应用于生物标志物(wù)研究【26-28】。组织和癌症(zhèng)特异性甲基化位(wèi)点在跟踪来自循环血的(de)来源组织中,表现出有希(xī)望的潜力(lì)。然(rán)而,5mC主要(yào)作为人(rén)类基因(yīn)组中高背景水平的(de)抑制性标记,并且其用亚硫酸氢盐(yán)处理的测序一直受到(dào)广泛的(de)DNA降解。利用羟甲基的存在(zài),选择性化学(xué)标记(jì)可应用于使用低水平的DNA以高灵敏度检测5hmC。在这里,何川等研究组(zǔ)建立了5hmC临床诊断技术,用于cfDNA 5hmC分析。显(xiǎn)示显示cfDNA的5hmC差异富(fù)集,是实体瘤的优秀(xiù)标记。


    胰腺癌5hmC分布状况


    癌症cfDNA的动态在很大(dà)程度上还(hái)不清(qīng)楚。在简化的模型情(qíng)况下,肿瘤组织的(de)gDNA被释放到血浆(jiāng)中并且经历降解,达到与来自正常健康(kāng)组织的背景cfDNA类似的平衡。基因座特异(yì)性5hmC修饰(shì)似乎(hū)是5hmC水平(píng)的(de)主要决定因素(sù),具有(yǒu)组织特异性,然后癌症状态增加额外的变化层。这些组织,以及在较小的程度上(shàng)肿瘤组织释放的DNA中的癌症特(tè)异性信号(hào),略(luè)微改变(biàn)背(bèi)景血(xuè)浆cfDNA的5hmC修饰谱。从肿(zhǒng)瘤组织中释放的cfDNA越多,转移(yí)越大(dà),给区分肿瘤来源的生(shēng)物(wù)学和临(lín)床变化提供了(le)更大的(de)能力(lì)。因此(cǐ),整(zhěng)合来自不同组织(zhī)类型的gDNA的5hmC概(gài)况,以实现对癌(ái)症(zhèng)生物标志(zhì)物的疾病特(tè)异性(xìng)的未(wèi)来评估,将是(shì)至(zhì)关重要的。


    胃癌中5hmC分布状(zhuàng)况(kuàng)


    此外,实体瘤由癌干(gàn)细胞和(hé)癌细(xì)胞组成,在由(yóu)白细(xì)胞,间充(chōng)质(zhì)细胞(bāo)和细胞外基质构成的微环(huán)境(jìng)中。肿瘤进(jìn)展启(qǐ)动了(le)以缺氧和血(xuè)管(guǎn)形(xíng)成(chéng)为特(tè)征的局部环境(jìng)的(de)变化梯度。在生长的肿瘤及其周围的细胞(bāo)内(nèi),可能存在广泛(fàn)的(de)变异(yì)性,使(shǐ)得某些类型的细(xì)胞倾向于凋亡并将(jiāng)DNA释放到循环中。


    血浆(jiāng)cfDNA中观察到癌症相关5hmC变化的起源


    何川等研究组预计在(zài)血浆cfDNA中(zhōng)观察到的5hmC的癌症(zhèng)相关变(biàn)化(huà)是由肿瘤组织内或周围的不同组细胞贡献的。肿瘤(liú)相关组织的单细胞或(huò)细胞类型特异性5hmC分析和使用适当的细(xì)胞类型标(biāo)记物,将揭示这些修饰的细胞特异性的程(chéng)度和分布(bù),并进一步阐明有(yǒu)助于在(zài)血浆cfDNA中(zhōng)观察到癌症(zhèng)相关的5hmC变化。这是这个学科所要达到的意图(tú),同时也是(shì)未来的(de)发展方向。



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