程晓东《自然》文章揭示表观遗传学研究的新线索

来自美国Emory大学华裔教授程晓东（Xiaodong Cheng）领导的研究组发现了小鼠基因组中DNA序列的一种特殊模式，该模式在DNA分子调节基因表达的方式中起到基础性作用。该研究组与来自德国Jacobs大学的同事在8月22日的的《自然》杂志网络版上公布了这些发现。

自从科学家破解了构成人类和动物基因组的碱基密码以来，研究人员正在研究基因功能的其他化学修饰层次，即表观遗传学。表观遗传学与基因序列本身一样重要，因为它控制基因是否被开启或关闭，从而决定它们是否制造蛋白质。

在故去的几十年里，研究人员已经知道DNA甲基化作用（一种将甲基添加到DNA上的生化反应）是这些标记基因沉默的表观遗传修饰过程中其中一种类型，这种修饰导致靶标基因不能生产蛋白质。另外一种修饰叫做组蛋白甲基化作用，该反应也能标记包裹DNA的组蛋白。

但是，这种关键的选择性作用过程如何以及何时完成沉默或表达则仍然是一个谜团。DNA甲基化作用发烧在动物基因组上，多少情况下是对CG二核苷酸中的C碱基的修饰。

Emory和Bremen的研究人员发现了一种生化模式，并认为这种模式是对表观遗传修饰机器的一个信号。在基因组中被打上烙印的区域即甲基化区域中，他们发现了两个CG二核苷酸间的一种8到10个碱基对的重复模式。这种周期性模式与负责甲基化的酶的结构信息相一致。这种甲基化酶结构已经被Advanced Photon Source of Argonne National Laboratory所破解。

程教授表示，他们相信这种CG二核苷酸间的8到10个碱基对的重复模式为甲基化作用在何处发生提供了一个信号。迄今为止已经在小鼠基因组中确定出20个左右的差异甲基化位点。

现在，程教授的研究组能够利用这些新信息来确定出其他也具有这种碱基重复的区域是否也发生了差异性甲基化。研究人员希望能够确定出差异性甲基化作用的区域到底有多少，以及这种印记对疾病发生的影响。

表观遗传学

表观遗传学是与遗传学(genetic)相对应的概念。遗传学是指基于基因序列改变所致基因表达水平变化，如基因突变、基因杂合丢失和微卫星不稳定等；而表观遗传学则是指基于非基因序列改变所致基因表达水平变化，如DNA甲基化和染色质构象变化等；表观基因组学(epigenomics)则是在基因组水平上对表观遗传学改变的研究。所谓DNA甲基化是指在DNA甲基化转移酶的作用下，在基因组CpG二核苷酸的胞嘧啶5'碳位共价键结合一个甲基基团。正常情况下，人类基因组“垃圾”序列的CpG二核苷酸相对稀少，并且总是处于甲基化状态，与之相反，人类基因组中大小为100—1000 bp左右且富含CpG二核苷酸的CpG岛则总是处于未甲基化状态，并且与56％的人类基因组编码基因相关。人类基因组序列草图分析结果表明，人类基因组CpG岛约为28890个，大部分染色体每1 Mb就有5—15个CpG岛，平均值为每Mb含10．5个CpG岛，CpG岛的数目与基因密度有良好的对应关系[9]。由于DNA甲基化与人类发育和肿瘤疾病的密切关系，特别是CpG岛甲基化所致抑癌基因转录失活问题，DNA甲基化已经成为表观遗传学和表观基因组学的重要研究内容。