DNA甲基化——表观遗传学的重要组成部分
DNA甲基化
DNA甲基化是表观遗传学(Epigenetics)的重要组成部分，在维持正常细胞功能、遗传印记、胚胎发育以及人类肿瘤发生中起着重要作用，是目前新的研究热点之一。
随着对甲基化研究的不断深入，各种各样甲基化检测方法被开发出来以满足不同类型研究的要求。
这些方法概括起来可分为三类：基因组整体水平的甲基化检测、基因特异位点甲基化的检测和新甲基化位点的寻找。
近15年来，人们越来越认识到DNA甲基化研究的重要性，开发出一系列检测DNA的方法。
根据研究目的这些方法分为：基因组整体水平的甲基化检测，特异位点甲基化的检测和新甲基化位点的寻找。
根据研究所用处理方法不同可以分为：基于PCR的甲基化分析方法；基于限制性内切酶的甲基化分析方法；基于重亚硫酸盐的甲基化分析方法和柱层法等。
DNA甲基化的分析方法很多，可分为总基因组甲基化的检测和单基因序列特异性甲基化分析的研究。
总基因组甲基化的检测又分为全基因组序列特异性甲基化分析和基因组非特异性甲基化水平的研究。
前者包括甲基化差异性杂交显示(differential methylation hybridization，DMH)、寡核苷酸微阵列法和基因组限制性酶切扫描法(restriction landmarkgenomescanning，RLGS)；后者包括3H—SAM掺人后液闪检测法和高压液相色谱法。
对单基因序列特异性甲基化分析包括传统的甲基化敏感的限制性内切酶(methylation sensitive restriction endonucleases，MSREs)分析、比较简洁的甲基化特异性PCR(methylation specific PCR，MSP)、全面反映甲基化情况的亚硫酸氢钠变性后测序(bisulfitegenomic sequencing)、甲基化敏感性单核苷酸引物扩增(methylation sensitive single nucleotide primer extension，Ms—SnuPE)、较新颖的甲基化荧光检测(methylight)、结合亚硫酸氢钠变性的限制性酶分析(combined bisulfite restrictionan alysis，COBRA)、酶的区域性甲基化特异性分析(enzymatic regional methylation assay，ERMA)和变性高压液相色谱法(denaturing high performance liquid chromatography，DHPLC)。
DNA甲基化检测方法的研究进展_孙贝娜
１２
生命科学仪器 ２００９ 第 ７ 卷 ／４ 月刊
综述
扑获方法富集甲基化的 ＤＮＡ 片段。 １．３．１ 甲基化高密度芯片（ＣｐＧ Ｉｓｌａｎｄｓ ｍｉｃｒｏａｒｒａｙ）
高密度的甲基化芯片是研究全基因甲基化状态的有 力工具，这类芯片可结合 ＤＭＨ，ＭｅＤＩＰ 或 ＭＩＲＡ 技术进 行研究获得高通量的数据结果。目前通用的高密度甲基 化芯片有 Ａｇｉｌｅｎｔ 公司及 Ｎｉｍｂｌｅｇｅｎ 公司的商品化 ＣｐＧ 岛 芯片［２２］，分别有人类，小鼠等，也可根据需要定制芯 片。Ａｇｉｌｅｎｔ 公司的芯片探针设计以 １００－３００ｂｐ 的平均间 隔覆盖所有 ＵＣＳＣ 注释的 ＣｐＧ 岛和 ＲｅｆＳｅｑ 数据库中所有 已研究清楚的约 １７０００ 个转录本。每个甲基化芯片上都 集成有约 ２４４，０００ 个 ６０－ｍｅｒ 的寡聚核苷酸探针，目前利 用原位合成的技术可实现在 １ ＂ ｘ ３ ＂的玻璃片基上灵 活地大规模地合成芯片探针。Ｎｉｍｂｌｅｇｎｅ 公司的 ＣｐＧ 岛 芯片密度更高，达 ３８９，０００ 个探针［２３］。甲基化芯片的整 个技术过程为：首先将基因组 ＤＮＡ 超声打断成 ４００ｂｐ－ ５００ｂｐＤＮＡ片段，将其加热变性并将变性后的单链ＤＮＡ 样品分成两份：其中一份单链 ＤＮＡ 样品加入抗 ５＇—甲 基化胞嘧啶核苷抗体，使用免疫磁珠法分离样品中甲 基化ＤＮＡ片段的抗体复合物，样品中其余的非甲基化 ＤＮＡ 片段被洗脱，纯化免疫共沉淀的 ＤＮＡ 片段 （ＭｅＤＩＰ）；视需要可对 ＭｅＤＩＰ 与 Ｉｎｐｕｔ 样品进行扩增； 将ＭｅＤＩＰ（Ｃｙ５）与Ｉｎｐｕｔ（Ｃｙ３）样品分别进行荧光标记；标 记后的 ＭｅＤＩＰ 与 Ｉｎｐｕｔ 样品混合、变性，与 ＤＮＡ 微阵 列芯片杂交；用高解析度芯片扫描仪检测杂交信号； 最后对杂交结果进行数据提取、标准化、峰值分析、报 告。甲基化高密度芯片可灵活进行甲基化研究，得到 高灵敏度、高特异性、高重复性的结果。目前拥有 的众多芯片专利技术中，每个芯片探针都经反复实验 筛选优化而来，芯片可使用双色或单色标记系统，双 色标记系统比单色标记系统得到灵敏度和精确度更 高、重复性更好的结果，既可以有效地检测出弱的、 低频 ＤＮＡ 甲基化水平改变，又可以在同一张芯片上直 接比较不同样本的差异。Ａｇｉｌｅｎｔ 公司还专门设计了 ＣｈＩＰ Ａｎａｌｙｔｉｃｓ Ｓｏｆｔｗａｒｅ 软件处理甲基化芯片数据［２０］， 保证研究者更好检测出 ＤＮＡ 甲基化事件并降低错判 率。该软件还有可视化数据浏览器功能，研究者能 方便的将数据定位到基因组上，结合各种已有的基因 组注释进行研究。 １．３．２ 差异甲基化杂交（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｍｅｔｈｙｌａｔｉｏｎ Ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ， ＤＭＨ）
DNA甲基化及其与动脉粥样硬化的关系
DNA甲基化及其与动脉粥样硬化的关系王丽;赵翠萍【摘要】流行病学调查结果表明冠心病有明显的遗传倾向,其发病具有明显的家族聚集性.动脉粥样硬化是导致冠心病的主要因素,DNA甲基化是表观遗传学重要组成部分,调节特异性基因的表达,引起动脉粥样硬化,从而导致冠心病的发生.该文介绍了DNA甲基化及其在动脉粥样硬化的发生、发展方面的相关作用机制.【期刊名称】《国际心血管病杂志》【年(卷),期】2012(039)002【总页数】4页(P79-82)【关键词】DNA甲基化;动脉粥样硬化;基因表达调控【作者】王丽;赵翠萍【作者单位】150001 哈尔滨医科大学附属第一医院心血管内科七病房;150001 哈尔滨医科大学附属第一医院心血管内科七病房【正文语种】中文DNA甲基化存在个体差异，可通过调节生物学过程导致疾病，如动脉粥样硬化、免疫系统疾病、高血压、糖尿病等。
DNA甲基化在心血管方面的研究结果尚不一致，动脉粥样硬化斑块部位全基因组DNA是低甲基化状态[1]，而引起粥样硬化斑块发生发展甚至破裂的炎症因素却导致全基因组DNA高甲基化[2]。
本文对DNA甲基化与冠状动脉硬化的关系研究作一综述。
1 DNA甲基化DNA甲基化是指在DNA甲基化转移酶（DNMT）催化作用下，以S－腺苷甲硫氨酸（SAM）为甲基供体，将活化的甲基引入DNA链中，形成5－甲基胞嘧啶的过程。
甲基化的DNA，导致DNA结合蛋白与DNA主螺旋沟的结合能力降低，从而在不改变DNA碱基序列的基础上调控基因的表达。
在哺乳动物中，甲基化主要发生在DNA分子CpG双核苷酸序列的胞嘧啶上，CpG的甲基化通常情况下与基因沉默相关。
2 DNA甲基化的分子机制和对基因表达的调控2.1 DNA甲基化转移酶DNA甲基转移酶有 DNMT1、DNMT2、DNMT3a、DNMT3b 4种，其中DNMT1定位在人染色体19p13.2，在结构上分为两部分，N末端结构域包括锌离子结合域、复制叉作用位点等多个结合位点；C末端为催化结构域，可与SAM相结合。
DNA甲基化与表观遗传学的关系研究进展
DNA甲基化与表观遗传学的关系研究进展DNA甲基化是一种重要的表观遗传修饰，通过甲基化过程，DNA分子上的核苷酸碱基连接模式得到改变，从而影响基因的表达。
表观遗传学则研究这些表观遗传修饰如何影响基因的表达和细胞功能。
近年来，人们对DNA甲基化和表观遗传学之间的关系进行了深入研究，取得了许多重要的进展。
本文将就DNA甲基化与表观遗传学的关系进行综述，并点明未来研究的方向。
DNA甲基化是指DNA分子上的甲基基团与DNA上的胸腺嘧啶（C）碱基形成化学键的过程。
这个过程由DNA甲基转移酶（DNMTs）催化完成。
在甲基化的过程中，甲基基团被添加到C碱基的5位碳上。
DNA甲基化是真核生物中最常见的DNA表观遗传修饰形式，它在细胞分化、胚胎发育和人类疾病中起着重要的作用。
DNA甲基化对基因的表达具有直接和间接的影响。
直接影响是指通过甲基化过程，DNA上的甲基化位点在基因的启动子区域形成，从而阻碍转录因子的结合，并抑制基因的转录。
间接影响则是通过DNA甲基化参与细胞内复杂的表观遗传修饰网络，如组蛋白修饰和非编码RNA的调控，进而改变染色质的结构和基因的可及性。
这些影响共同作用，使得DNA甲基化能够精确地调控基因的表达模式和细胞功能。
DNA甲基化与表观遗传学的关系研究已经取得了显著进展。
通过全基因组测序和甲基化测序技术的发展，我们能够以全局的方式来分析DNA甲基化在基因组中的分布模式。
研究人员发现，DNA甲基化水平在不同类型的细胞中和不同组织之间存在差异，这表明DNA甲基化在细胞分化和组织特异性中起着重要作用。
此外，许多研究表明，DNA甲基化异常在人类疾病中起着重要的作用，如癌症、心血管疾病和神经系统疾病。
随着技术的发展，研究人员对DNA甲基化和表观遗传学之间的相互作用机制有了更深入的认识。
例如，研究表明DNA甲基化可以直接或间接地参与组蛋白修饰，通过甲基化位点上的蛋白质相互作用来改变染色质的状态。
另外，越来越多的研究表明，DNA甲基化通过调控非编码RNA的表达来影响基因的表达和细胞功能。
甲基化位点
[试验相关] 表观遗传学(Epigenetics)之DNA甲基化DNA甲基化是表观遗传学(Epigenetics)的重要组成部分，在维持正常细胞功能、遗传印记、胚胎发育以及人类肿瘤发生中起着重要作用，是目前新的研究热点之一。
随着对甲基化研究的不断深入，各种各样甲基化检测方法被开发出来以满足不同类型研究的要求。
这些方法概括起来可分为三类：基因组整体水平的甲基化检测、基因特异位点甲基化的检测和新甲基化位点的寻找。
近15年来，人们越来越认识到DNA甲基化研究的重要性，开发出一系列检测DNA的方法。
根据研究目的这些方法分为：基因组整体水平的甲基化检测，特异位点甲基化的检测和新甲基化位点的寻找。
根据研究所用处理方法不同可以分为：基于PCR的甲基化分析方法；基于限制性内切酶的甲基化分析方法；基于重亚硫酸盐的甲基化分析方法和柱层法等。
DNA甲基化的分析方法很多，可分为总基因组甲基化的检测和单基因序列特异性甲基化分析的研究。
总基因组甲基化的检测又分为全基因组序列特异性甲基化分析和基因组非特异性甲基化水平的研究。
前者包括甲基化差异性杂交显示(differential methylation hybridization，DMH)、寡核苷酸微阵列法和基因组限制性酶切扫描法(restriction landmarkgenomescanning，RLGS)；后者包括3H—SAM掺人后液闪检测法和高压液相色谱法。
对单基因序列特异性甲基化分析包括传统的甲基化敏感的限制性内切酶(methylation sensitive restriction endonucleases，MSREs)分析、比较简洁的甲基化特异性PCR(methylation specific PCR，MSP)、全面反映甲基化情况的亚硫酸氢钠变性后测序(bisulfitegenomic sequencing)、甲基化敏感性单核苷酸引物扩增(methylation sensitive single nucleotide primer extension，Ms—SnuPE)、较新颖的甲基化荧光检测(methylight)、结合亚硫酸氢钠变性的限制性酶分析(combined bisulfite restrictionan alysis，COBRA)、酶的区域性甲基化特异性分析(enzymatic regional methylation assay，ERMA)和变性高压液相色谱法(denaturing high performance liquid chromatography，DHPLC)。
激素调控的DNA甲基化与表观遗传学
激素调控的DNA甲基化与表观遗传学在生物学的表观遗传学领域，DNA甲基化是一个重要的概念。
DNA甲基化是指在一段DNA序列上，甲基分子（－CH3）与DNA上的腺嘌呤（A）、胞嘧啶（C）核苷酸连接成对，被添加甲基的位置就称为甲基化位点。
DNA甲基化是重要的调控机制，能够影响基因表达。
DNA甲基化可以通过两种方式进行，即：被动的、主动的。
被动的甲基化就像是一种“分化”过程，从形态上说，甲基会“黏着”在非活性的染色质以及已经被特定调控的基因区域上。
这种方式主要是由各种“调解蛋白”完成的，例如甲基转移酶和改变酶。
这些蛋白质的作用是将甲基添加到DNA序列上或者从它上面去除甲基。
而主动的甲基化则是一种更为复杂的过程。
这被当作是一种新陈代谢的方法，调控着调解蛋白的功能和结构。
在这个过程中，甲基化酶的活动会被影响，从而将甲基添加到某些基因区域上，使这些基因变得活性。
这个过程中，激素是一种调节DNA甲基化的因素。
激素能够影响细胞内的甲基转移酶的活性，并通过这种方式，影响特定区域的甲基化。
同时，激素还能影响DNA去甲基化酶的活性，从而降低DNA甲基化水平。
因此，激素通过调节DNA甲基化，能够对基因表达的调控产生重要的影响。
DNA甲基化的激素调控可以帮助人们更好地理解许多基本的生物过程。
例如：1.在细胞增殖和分化的过程中，激素可以影响DNA甲基化，从而调控基因表达；2.激素调节DNA甲基化在人类发育过程中的作用也被广泛研究，因为改变DNA甲基化可能导致人类先天性疾病的发生；3.激素的影响还可以改变细胞形态的变化，这影响了体内器官的发育和细胞间相互作用，损害了组织的结构和功能；4.激素能延缓衰老过程，但过度的着重于某些受激素调控的基因，可能导致癌症或其他疾病的产生。
在激素调控DNA甲基化的背景下，基因表达的调控也变得更为复杂。
通过调节甲基化状态，激素可以影响基因转录过程中特定的组件。
在转录因子和启动子区域的调节下，某些基因会被开启，并调控细胞的分化，开启能在特定环境中发挥作用的新特征。
2021DNA甲基化和人类衰老及健康长寿的关系范文3
2021DNA甲基化和人类衰老及健康长寿的关系范文 遗传变异在解释人类长寿中的比例仅占20% ~30%,但是大部分潜在的遗传学机制还并不清楚[1,2].表观遗传（ Ep-igenetics）修饰在基因调控的过程中起重要作用，抑制疾病发生的相关基因在健康长寿的个体中可能也受到表观遗传修饰，从而参与促进健康长寿的表型。
DNA 甲基化是表观遗传学的重要组成部分，在维持细胞功能、遗传印记、基因表达的时空特异性中起重要作用[3].年龄相关的 DNA 甲基化改变，涉及到老年个体中的代谢性疾病、心血管疾病、肿瘤等增龄性疾病的发生与发展[4].通过全基因组的低甲基化和某些特定基因的高甲基化，除了有助于认识衰老过程中的机制，还有助于精准判断衰老和甲基化之间最佳的平衡关系，进一步延缓机体的衰老和阻止与衰老相关疾病的发生，也将具有重大临床应用前景[5]. 1.DNA 甲基化及其表达调控意义 DNA甲基化是表观遗传学的重要组成部分，是 DNA 化学修饰的一种形式，通过此修饰可以在不改变 DNA 碱基组成的前提下，改变遗传表型，它可以在转录水平抑制基因的表达[6].一般情况下，DNA 甲基化可引起对应基因的表达失活，通过 DNA 甲基转移酶，形成 5-甲基胞嘧啶（ 5-mC） ,主要集中在基因 5' 端的非编码区及启动子区，并成簇存在形成CpG 岛，并可随 DNA 的复制而遗传。
CpG 岛是 CpG 二联核苷富集区域，CG 含量大于 50%,长约 200 ~ 500bp.哺乳动物DNA 甲基化的模式只有 5mC 这一形式，真核生物中大约 2%~ 7% 的胞嘧啶被甲基化修饰。
发生甲基化后，相应的DNA序列因为与甲基化 DNA 结合蛋白相结合，而呈高度的紧密排列，其他转录因子及RNA 合成酶都无法再结合，导致对应基因无法表达。
此外，DNA 甲基化模式并非静态，其很不稳定，受内环境的改变也发生动态改变，DNA 甲基化程度越高，其转录活性越低。
表观遗传学
表观遗传学表观遗传学是与遗传学相对应的概念。
遗传学是指基于基因序列改变所致基因表达水平的变化；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的变化，表观遗传的现象很多，已知的有DNA甲基化、染色质重塑、基因组印记、X染色体失活、非编码RNA等。
一、DNA甲基化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。
DNA甲基化能关闭某些基因的活性，去甲基化则诱导了基因的重新活化和表达。
DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变，从而控制基因表达。
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的重要研究内容。
例题1.（17分）表观遗传是指DNA序列不改变，而基因的表达发生可遗传的改变。
DNA甲基化是表观遗传中最常见的现象之一。
某些基因在启动子上存在富含双核苷酸“CG”的区域，称为“CG 岛”。
其中的胞嘧啶在发生甲基化后转变成5-甲基胞嘧啶但仍能与鸟嘌呤互补配对。
细胞中存在两种DNA甲基化酶（如图1所示），从头甲基化酶只作用于非甲基化的DNA，使其半甲基化；维持甲基化酶只作用于DNA的半甲基化位点，使其全甲基化。
（1）由上述材料可知，DNA甲基化（选填“会”或“不会”）改变基因转录产物的碱基序列。
（2）由于图2中过程①的方式是，所以其产物都是甲基化的，因此过程②必须经过的催化才能获得与亲代分子相同的甲基化状态。
（3）研究发现，启动子中“CG岛”的甲基化会影响相关蛋白质与启动子的结合，从而抑制_________。
（4）小鼠的A基因编码胰岛素生长因子-2（IGF-2），a基因无此功能（A、a位于常染色体上）。
IGF-2是小鼠正常发育必需的一种蛋白质，缺乏时小鼠个体矮小。
在小鼠胚胎中，来自父本的A及其等位基因能够表达，来自母本的则不能表达。
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DNA甲基化——表观遗传学的重要组成部分DNA甲基化是一种表观遗传学调控机制，通常指DNA分子上的甲基化修饰。
这种化学变化涉及DNA链上的甲基基团与Cytosine碱基的配对，对基因表达和细胞分化等生命过程具有重要作用。
DNA甲基化不仅在正常生长发育中发挥至关重要的作用，而且也涉及很多人类疾病的发展。
本文将介绍DNA甲基化的基本原理、分布方式、调控机制及其在疾病中的作用。
一、DNA甲基化的基本原理
DNA是由4种不同的核苷酸构成的，其中包括Adenine、Thymine、Cytosine和Guanine。
DNA的甲基化通常发生在Cytosine碱基的C5位，即通过甲基基团与细胞内的S-Adenosyl Methionine（SAM）反应，形成5-甲基Cytosine（5mC）。
DNA甲基化是基因组合成和生物遗传变异的关键机制之一。
它可以调控基因的表达和细胞分化，与疾病的发展密切相关。
虽然越来越多的研究表明，DNA甲基化是一种可逆的表观遗传修饰，但它仍然是一种稳定的标记，可以被逐代遗传，影响基因表达和细胞分化。
二、DNA甲基化的分布方式
DNA甲基化在不同种类和类型的细胞中存在和分布不同。
在人体内，DNA甲基化主要发生在GC富集区域，如基因启动子、繁
殖起始点、转录因子结合区等。
这些区域往往影响到基因表达的
调控，因此被视为关键的甲基化信号的地点。
另一方面，DNA甲基化还出现在基因体内部的非编码区域，如intron、intergenic regions、satellite DNA和telomeres。
虽然对它们
的确切功能还有争议，但这些甲基化信号可能参与调控DNA复制、染色体结构和修复。
三、DNA甲基化的调控机制
DNA甲基化是由DNA甲基转移酶（DNMTs）负责催化核苷酸中的甲基基团的加成。
DNMTs可以对一些具有特定序列和结构的DNA区域进行偏好性的甲基化修饰。
这些区域的一个重要特征是
在基因表达和细胞分化中发挥着重要的作用。
为了更好地理解这些机制，我们需要认识到一些基本概念，例
如甲基化机制和剪接调控。
近年来使用新兴技术如基因编辑等方法，已经对这些机制的具体调控进行了越来越多的细致研究。
这
些研究为我们进一步了解甲基化机制的调控和其对人类疾病发展
的作用提供了重要参考。
四、DNA甲基化与疾病
DNA甲基化变化已被证明与多种疾病相关，如神经系统、心血管、肿瘤和自身免疫性疾病等。
DNA甲基化模式的变化可以通过
转录终止、基因剪接或基因启动子上的可变剪接部位影响复杂的
信号或代谢路径，进而改变神经系统发育和职能。
在心脏肌肉细胞中，DNA甲基化是通过细胞因子TGF-β引起的。
它能影响心肌细胞再生和纤维化，在心脏早期发生中发挥重
要作用。
DNA甲基化在肿瘤生长、发展和转移中也扮演重要角色。
自身免疫性疾病是指免疫系统对自身细胞和组织的异常反应，
造成组织损伤和器官功能被破坏。
DNA甲基化模式的改变已被证
明与多种自身免疫性疾病，包括狼疮、干燥综合症和类风湿性关
节炎等相关。
总体而言，DNA甲基化在许多不同系统中发挥着重要的作用。
随着越来越多的人类疾病与DNA甲基化有关，我们对这种修饰机
制的理解和其对健康和疾病的影响也在不断加深。
结语：
DNA甲基化是一种调控基因表达和细胞分化的关键遗传遗传修饰机制。
DNA甲基化的发现不仅促进了分子遗传学和生命科学的
发展，也为许多不同的领域和应用提供了新的思路和方法。
今天，我们对这种机制的作用和调控有了更深入的认识，这将进一步推
动人类疾病的预防、治疗和预测研究。