Cell发布革命性DNA甲基化分析技术
生物通 · 2015/09/26
Whitehead研究所的研究人员开发出了一种方法,监测单个细胞中随着时间推移发生的DNA甲基化改变。这一突破性的研究成果发布在顶级科学期刊《细胞》(Cell)杂志上。


Whitehead研究所的研究人员开发出了一种方法,监测单个细胞中随着时间推移发生的DNA甲基化改变。这一突破性的研究成果发布在顶级科学期刊《细胞》(Cell)杂志上。

DNA甲基化对正确控制基因表达及细胞身份——使得细胞具有相同遗传物质的细胞变为神经细胞、肌肉细胞或皮肤细胞,起至关重要的作用。包括癌症在内的某些疾病与DNA甲基化模式发生改变有关联,能够记录下这些改变可以帮助开发出一些新疗法。

Whitehead研究所创始成员、麻省理工学院生物学教授Rudolf Jaenisch说:“甲基化在发育、疾病和癌症中起关键作用。这一报告基因是一个非常重要的工具。我们相信它将使得我们能够以极其详细的方式来探讨发育过程中印记(imprinting)一类的问题,筛查在癌症等疾病中沉默的基因的激活情况。这一方法将让我们能够知道哪些药物将或激活指定的基因。”

单个细胞依赖于相同的一组基因作为指令来生成蛋白质。肌肉细胞和脑细胞之间的的差异归因于基因表达的差异;换句话说,就是哪些基因被开启和关闭。DNA甲基化是控制基因表达的一种表观遗传机制。在大多数情况下,甲基化的基因被关闭,而非甲基化基因则活化。

到目前为止,科学家们只能通过获取少数细胞的“快照”在细胞群中研究甲基化——这一过程会破坏研究的每个细胞。由于体内大多数细胞群都是异质性的,并且甲基化可随时间发生改变,现有方法只能有限地认识这一基础生物学控制。

Jaenisch实验室的博士后Yonatan Stelzer对构建出一种系统在单细胞水平上动态显像甲基化感兴趣。与研究生Chikdu Shivalila合作,Stelzer合成出了一种DNA甲基化报告基因来反映附近区域是否发生了甲基化。当靶区域未甲基化时,这一报告基因也未甲基化,这使得能够表达出报告基因编码的闪光蛋白。这一蛋白会照亮细胞。当靶区域甲基化时,报告基因也会甲基化,闪光蛋白就不会表达,因此细胞不会发光。随着靶区域甲基化发生改变,报告基因也会发生改变。

Stelzer说:“制药公司一直对操控疾病中的甲基化感兴趣。现在我们获得了一种甲基化报告基因,他们可以筛查能改变细胞表型的小分子或基因。例如,他们可以找到一种药物改变与某一特定癌症相关的超甲基化。

使用这种方法,科学家们应该可以更多地了解甲基化本身。Shivalila说:“这开辟了一个全新的研究领域。你可以利用它来解答有关完全未知的甲基化的所有问题,包括在细胞中甲基化是如何调控基因转录和表达模式的。这真是令人兴奋。”

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