潛在熱點？--DNA 6mA，僅有的幾篇高分paper聚焦在human樣本

發(fā)稿時間：2019-02-01來源：天昊生物

 

DNA甲基化是表觀遺傳學領域一個重要的研究方向，真核生物中最常見的DNA修飾非5-甲基胞嘧啶（5mC）莫屬了，這也是我們研究最為廣泛的一種修飾方式（圖1）。然而在原核生物中最常見的DNA修飾方式則為N⁶-methyladenine (6mA)，即腺嘌呤第6位氮原子甲基化修飾（圖1）。那么在真核生物生物中是否也存在6mA的修飾呢？這個問題在早期一直存在爭論。

隨著6mA在原核生物中重要的功能（保護DNA、參與DNA復制和修復、基因調控等）被揭示，真核生物中6mA的研究也逐漸增多，早期主要集中在單細胞原生生物中，如四膜蟲、草履蟲和衣藻等，6mA大約占據(jù)這些基因組所有腺嘌呤的0.4-0.8%。而最新的報道顯示6mA的修飾發(fā)生在更高等的生物中，如線蟲、果蠅、蚊子和植物等。在人類基因組中是否也存在6mA的修飾呢 ADDIN EN.CITE  ADDIN EN.CITE.DATA ^1,2？本文針對human樣本中發(fā)生6mA修飾的6篇文章進行了詳細整理。

	提示：近兩年來m6A RNA甲基化的項目和實驗如火如荼地在開展，在人類樣本中更是涌現(xiàn)了一批高質量的文章。而人類樣本中DNA 6mA相對來說剛剛起步，以下6篇高分文章多為2018年最新發(fā)表的，而其中應用到的方法與m6A RNA甲基化中較為相近，這個領域會成為未來的一個熱點嗎？

 

 

 

 

 

 

No1. DNA 6mA去甲基化酶ALKBH1增強了人間充質干細胞的成骨分化 ³，Bone Research, 2016, IF: 12.354

研究發(fā)現(xiàn)了間充質干細胞ALKBH1的表達水平在成骨誘導過程中是上調的，而敲低ALKBH1增加了6mA的水平，同時顯著降低了成骨相關基因的水平。體內(nèi)實驗也顯示ALKBH1的缺失限制了骨頭形成能力。而過表達ALKBH1能夠增強成骨細胞的分化。機制上，ALKBH1缺失會導致ATF4啟動子區(qū)域6mA修飾的積累，從而引起ATF4轉錄沉默；而ATP表達的重建能夠成功挽救成骨分化。

從這篇文章中能夠發(fā)現(xiàn)6mA修飾在干細胞分化表觀調控中可能也發(fā)揮了重要作用，這樣的調控機制和研究思路是不是可以借鑒？

Dot Blot實驗顯示敲低ALKBH1顯著增加了6mA的水平

 

No2. 利用單分子實時測序比對表征真核生物基因組6mA修飾 ADDIN EN.CITE  ADDIN EN.CITE.DATA ⁴，Genome Research, 2018年5月，IF: 10.101

從文章標題能夠看出本研究內(nèi)容比較明確，利用三代單分子實時測序技術（SMRT）對兩種真核生物基因組進行測序，在衣藻中構建了第一個完整的6mA單堿基和單分子分辨率的圖譜；在人類淋巴母細胞中，聯(lián)合SMRT和獨立的測序數(shù)據(jù)推斷6mA修飾富集在早期全長的LINE-1原件啟動子區(qū)域。

細菌和真核生物6mA甲基化組之間的差異

新的方法比對真核生物基因組中6mA修飾

 

No3. 人類基因組中6mA DNA修飾 ADDIN EN.CITE  ADDIN EN.CITE.DATA ⁵，Molecular Cell, 2018年7月，IF: 14.248

看這個高大上的名字就知道這篇文章把矛頭直指人類樣本中6mA修飾，作者利用多種方法表征了人類基因組中6mA修飾，包括PacBio SMRT, 6mA-IP-seq, LC-MS/MS, 6mA-IP-qPCR等，可以說是第一篇paper系統(tǒng)地揭示了人類基因組中6mA修飾圖譜。

其中發(fā)現(xiàn)6mA廣泛存在于人類基因組中，一共有881,240個6mA位點，占據(jù)所有腺嘌呤約0.051%，[G/C]AGG[C/T]是6mA修飾最顯著相關的motif。在人類細胞樣本中6mA位點富集在編碼區(qū)，而且標記了活躍轉錄的一些基因。

人類基因組中DNA 6mA和N6-去甲基化腺嘌呤分別被N6AMT1和去甲基化酶ALKBH1調控。而癌癥中6mA豐度顯著更低，伴隨著N6AMT1水平下降，ALKBH1水平上調；6mA修飾水平的下調能夠促進腫瘤形成。

因此這篇報道比較系統(tǒng)地闡述了人類基因組中的6mA修飾及6mA修飾在腫瘤形成中的重要作用！

N6AMT1和ALKBH1在人類正常細胞和癌細胞中重要功能示意圖

 

No4. 人線粒體基因組上6mA單堿基分辨率測序發(fā)現(xiàn)鏈非對稱性cluster與SSBP1有關 ADDIN EN.CITE  ADDIN EN.CITE.DATA ⁶，Nucleic Acids Research, 2018年10月，IF: 11.561

作為NAR突破性文章，作者首先建立了6mA-交聯(lián)-外切酶-測序（6mACE-seq）的方法在單堿基分辨率下檢測基因組范圍內(nèi)的6mA，在合成的DNA及細菌基因組中證實了方法的準確性。同時利用這項技術繪制了人類基因組6mA圖譜，準確地重現(xiàn)了已知的6mA富集在活躍的逆轉錄轉座子上，而線粒體6mA cluster不對稱地富集在重鏈上。

研究人員同時發(fā)現(xiàn)了一個新的6mA結合蛋白SSBP1，一種已知的覆蓋重鏈的線粒體DNA復制因子，將6mA和線粒體DNA復制調控聯(lián)系在一起。最后也表征了ALKBH1作為一種線粒體蛋白與6mA去甲基化活性有關，ALKBH1的缺失降低了線粒體氧化磷酸化。

因此這篇報道主要揭示了6mA在人類線粒體中的重要功能！

人類線粒體6mA圖譜

 

No5. 惡性膠質瘤中6mA DNA修飾 ADDIN EN.CITE  ADDIN EN.CITE.DATA ⁷，Cell, 2018年11月，IF: 31.398

標題言簡意賅，在惡性腦部腫瘤--膠質瘤中表征6mA甲基化修飾，Cell主刊上發(fā)表的文章，內(nèi)容定會詳實：惡性膠質瘤中6mA的水平呈現(xiàn)明顯的上調，而且與異染色質組的蛋白修飾共定位，特別是H3K9me3。6mA水平受到DNA去甲基化酶ALKBH1的調控，其缺失通過降低染色質可接近性導致oncogenic通路轉錄沉默。而對患者來源的膠質瘤模型靶向ALKBH1能夠抑制腫瘤細胞的增殖，并且延長了移植瘤小鼠的生存時間，這表明這種新的DNA修飾可能是膠質瘤潛在的治療靶點。

又一篇在癌癥中驗證了6mA修飾的重要功能！

ALKBH1及6mA在惡性膠質瘤中重要功能示意圖

 

No6. 利用合成的讀-寫（Read-Write）模塊構建表觀遺傳學調控 ⁸，Cell, 2019年1月，IF: 31.398

從標題上看文章挺有意思，研究團隊在細胞樣本中利用6mA修飾構建了一個正交的表觀調控系統(tǒng)，利用合成的因子去write and read 6mA，因此招募轉錄調控因子控制報告位點。并且利用該系統(tǒng)和數(shù)學模型構建了調控回路，誘導基于6mA的轉錄狀態(tài)，促進了其空間傳播，維持了這些狀態(tài)的表觀遺傳記憶（僅看這些文字確實懵逼，詳見文章）。

合成的6mA表觀遺傳調控系統(tǒng)

 

后續(xù)解讀將會整理6mA DNA甲基化和去甲基化相關的酶以及常用的檢測方法等，敬請期待?。。?/span>

 

 

參考文獻：

 ADDIN EN.REFLIST 

1. Heyn, H. & Esteller, M. An Adenine Code for DNA: A Second Life for N6-Methyladenine. Cell 161, 710-3 (2015).

2.  Luo, G.Z., Blanco, M.A., Greer, E.L., He, C. & Shi, Y. DNA N(6)-methyladenine: a new epigenetic mark in eukaryotes? Nat Rev Mol Cell Biol 16, 70510 (2015).

3. Zhou, C., Liu, Y., Li, X., Zou, J. & Zou, S. DNA N(6)-methyladenine demethylase ALKBH1 enhances osteogenic differentiation of human MSCs. BoneRes 4, 16033 (2016).

4.Zhu, S. et al. Mapping and characterizing N6-methyladenine in eukaryotic genomes using single-molecule real-time sequencing. Genome Res 28, 1067-1078(2018).

5. Xiao, C.L. et al. N(6)-Methyladenine DNA Modification in the Human Genome. Mol Cell 71, 306-318 e7 (2018).

6.Koh, C.W.Q. et al. Single-nucleotide-resolution sequencing of human N6-methyldeoxyadenosine reveals strand-asymmetric clusters associated with

SSBP1 on the mitochondrial genome. Nucleic Acids Res 46, 11659-11670 (2018).

7.Xie, Q. et al. N(6)-methyladenine DNA Modification in Glioblastoma. Cell 175, 1228-1243 e20 (2018).

8. Park, M., Patel, N., Keung, A.J. & Khalil, A.S. Engineering Epigenetic Regulation Using Synthetic Read-Write Modules. Cell 176, 227-238 e20 (2019).