DNA甲基化的生物信息学研究进展_凡时财
线粒体DNA甲基化的研究进展
线粒体DNA甲基化的研究进展一、线粒体DNA甲基化的概念和意义线粒体DNA甲基化是指在线粒体DNA分子上加上甲基基团的化学修饰过程。
这种修饰可以通过改变DNA序列的结构和功能来影响基因表达，进而调控线粒体的功能和稳定性。
研究发现，线粒体DNA甲基化在维持线粒体功能、参与能量代谢、对环境刺激的应答等方面都发挥着重要作用。
对线粒体DNA甲基化的研究不仅有助于深化对线粒体生物学的理解，还可能为治疗相关疾病提供新的靶点和策略。
线粒体DNA甲基化的研究方法主要包括甲基化特异性PCR、甲基化特异性测序、甲基化特异性抑制等。
其中甲基化特异性PCR可以通过特异性引物扩增甲基化位点，从而定量分析线粒体DNA甲基化水平。
甲基化特异性测序则是利用高通量测序技术对线粒体DNA进行甲基化特异性测序，从而获得高分辨率的甲基化图谱。
甲基化特异性抑制是通过设计特异性的甲基化抑制剂来破坏线粒体DNA的甲基化，从而验证甲基化对线粒体功能的影响。
这些方法的不断改进和完善为线粒体DNA甲基化的研究提供了重要的技术支持。
近年来的研究表明，线粒体DNA甲基化异常与多种疾病的发生和发展密切相关。
线粒体DNA甲基化的降低与老年痴呆症、肿瘤、心血管疾病等疾病的发生有关。
研究人员发现，在老年痴呆症患者的脑组织中线粒体DNA甲基化水平降低，导致线粒体功能异常，从而加速疾病的发展。
同样，在肿瘤细胞中也发现了线粒体DNA甲基化水平的异常增加，进而改变了线粒体的代谢特性，影响了肿瘤细胞的增殖和浸润能力。
这些研究成果表明，线粒体DNA甲基化异常与疾病的发生和发展密切相关，对其进行深入研究有望为相关疾病的治疗提供新的思路和方法。
线粒体DNA甲基化调控的分子机制是线粒体DNA甲基化研究的热点之一。
科学家们发现，线粒体DNA甲基化的双向调控与一系列甲基化酶和去甲基化酶的活性变化密切相关。
甲基化酶可以催化线粒体DNA上的甲基基团的添加，而去甲基化酶则可以催化甲基化基团的去除。
线粒体DNA甲基化的研究进展
线粒体DNA甲基化的研究进展线粒体是细胞内的重要器官，它主要负责细胞内能量的生产，维持细胞正常的代谢活动。
线粒体DNA（mtDNA）在人类遗传和疾病中起着重要作用。
过去，人们通常认为线粒体DNA相对稳定，但近年来的研究表明，线粒体DNA也会受到一定的甲基化修饰。
线粒体DNA 的甲基化过程对细胞内能量代谢、氧化磷酸化和疾病发生发展有着重要的影响。
本文将对线粒体DNA甲基化的研究进展进行综述。
一、线粒体DNA甲基化的发现线粒体DNA甲基化是近年来的研究热点之一。
1997年，张玉宇等人首次报道了线粒体DNA存在甲基化修饰，证实了线粒体DNA也可以发生甲基化。
而早在1970年代，就有研究者观察到了线粒体DNA存在着甲基化的现象，但长期以来线粒体DNA甲基化研究一直处于较为初步的阶段。
二、线粒体DNA甲基化的研究方法对于线粒体DNA的甲基化研究，研究者主要采用了甲基化敏感的酶切法、甲基化特异性的PCR分析等方法。
也可以利用高通量测序技术对线粒体DNA进行全基因组甲基化分析，更全面地揭示线粒体DNA的甲基化水平和模式。
三、线粒体DNA甲基化与疾病关系近年来，越来越多的研究表明，线粒体DNA甲基化与多种疾病的发生和发展密切相关。
线粒体DNA甲基化异常与肿瘤的发生密切相关。
研究发现，在肿瘤组织中，线粒体DNA甲基化水平普遍显著升高，而且这种升高与肿瘤的发生、发展密切相关。
线粒体DNA甲基化与糖尿病、心血管疾病等多种疾病也有着密切的关系。
研究表明，这些疾病患者的线粒体DNA甲基化水平明显异常，对疾病的发展起到了重要的调控作用。
四、线粒体DNA甲基化与细胞代谢活动线粒体DNA甲基化还与细胞内的能量代谢活动密切相关。
研究表明，线粒体DNA甲基化水平的变化会对细胞内的氧化磷酸化、呼吸链和ATP合成等过程产生明显的影响。
线粒体DNA甲基化还可能会通过影响线粒体的功能，引起线粒体功能受损、能量代谢紊乱等，并最终导致多种疾病的发生。
线粒体DNA甲基化的研究进展
线粒体DNA甲基化的研究进展线粒体是细胞中的重要细胞器，负责维持细胞的能量代谢和调节细胞凋亡等重要生理过程。
线粒体DNA（mtDNA）是线粒体内部的遗传物质，其甲基化水平会对线粒体功能和细胞的生理过程产生影响。
近年来，关于线粒体DNA甲基化的研究引起了广泛的关注。
本文将对线粒体DNA甲基化的研究进展进行综述。
线粒体DNA甲基化的检测方法得到了很大的改进。
过去的研究主要使用限制酶切和聚合酶链反应（PCR）来评估线粒体DNA甲基化的水平，但这些方法存在一些局限性，如低灵敏度、样本需求量大等。
近年来，新兴的高通量测序技术的发展使得线粒体DNA甲基化的检测变得更加准确和高效。
通过整合测序和甲基化测序数据分析，可以全面地揭示线粒体DNA甲基化的模式和变化。
研究发现线粒体DNA甲基化在多种疾病中起到了重要的作用。
线粒体DNA甲基化的异常可导致线粒体功能异常，进而引发一系列疾病。
线粒体DNA甲基化的紊乱与肿瘤的发生和发展密切相关。
许多研究表明，肿瘤细胞中线粒体DNA的甲基化水平明显降低，这可能是由于DNA甲基转移酶的抑制或DNA甲基酶的介导下降所致。
线粒体DNA甲基化还与心脑血管疾病、代谢紊乱等疾病有关。
这些研究结果表明，线粒体DNA甲基化可能成为潜在的疾病标记物和治疗靶点。
线粒体DNA甲基化的调控机制也受到了广泛的研究。
在线粒体DNA甲基化的调控中，DNA甲基转移酶和DNA甲基酶起着关键的作用。
研究发现，线粒体DNA甲基转移酶在细胞中定位于线粒体外膜上，可以调控mtDNA的甲基化水平。
线粒体中的DNA甲基酶主要有DNA 甲基转移酶1（DNMT1）和DNA甲基转移酶3A（DNMT3A）。
它们通过与线粒体DNA结合，并调节其甲基化的水平。
某些非编码RNA也参与线粒体DNA甲基化的调控。
这些研究结果为理解线粒体DNA甲基化的调控机制提供了重要的线索。
针对线粒体DNA甲基化的调控治疗策略也正在研究中。
由于线粒体DNA甲基化在多种疾病中的重要作用，研究人员开始探索通过干预线粒体DNA甲基化水平来治疗相关疾病的策略。
线粒体DNA甲基化的研究进展
线粒体DNA甲基化的研究进展线粒体DNA甲基化是指线粒体DNA分子中的碱基上添加甲基基团的化学修饰。
它在线粒体功能调控、能量代谢和人类疾病中起着重要的作用。
本文将介绍线粒体DNA甲基化的研究进展。
线粒体DNA甲基化最早于2012年被发现。
研究人员利用高通量测序技术对小麦进行甲基化分析，发现线粒体DNA上存在着明显的甲基化信号。
随后的研究表明，线粒体DNA甲基化在多个物种中普遍存在。
通过对果蝇、线虫、鼠类等模式生物进行研究，科学家们发现线粒体DNA甲基化与线粒体功能密切相关。
在果蝇中，线粒体DNA甲基化水平的变化与线粒体呼吸链的功能紧密相关。
线粒体DNA甲基化是通过DNA甲基转移酶进行的。
具体来说，线粒体DNA甲基转移酶将甲基基团转移给线粒体DNA上的胞嘧啶（C）。
通过对线粒体DNA甲基化酶的功能屏蔽实验，研究人员发现该酶对线粒体功能的维持起着重要作用。
线粒体DNA甲基化在老化、肿瘤和心脏病等疾病中的调控也是研究热点。
研究人员发现，在老龄小鼠中线粒体DNA甲基化水平降低，而通过过表达线粒体DNA甲基化酶可以延缓老化进程。
线粒体DNA甲基化是由线粒体基因组自身进行的还是受到核基因组的调控仍然是一个有争议的问题。
一些研究表明，线粒体基因组存在独立于核基因组的甲基化修饰机制。
但另一些实验结果则表明，核基因组对线粒体DNA甲基化有重要的调控作用。
目前，尚不清楚线粒体DNA甲基化的修饰机制。
未来的研究方向包括进一步探究线粒体DNA甲基化与线粒体功能之间的关系，寻找新的线粒体DNA甲基化酶以及研究线粒体DNA甲基化在疾病中的作用机制。
对线粒体DNA甲基化的定量和定位等技术的开发也是重要的研究领域。
线粒体DNA甲基化在线粒体功能调控和人类疾病中具有重要作用。
随着研究的深入，我们对线粒体DNA甲基化的认识将更加全面，有望为相关疾病的预防和治疗提供新的思路和方法。
线粒体DNA甲基化的研究进展
线粒体DNA甲基化的研究进展线粒体DNA（mtDNA）是存在于细胞线粒体内的一种双链环形DNA分子。
它在细胞内的许多生物过程中都发挥重要作用，包括能量代谢、自由基清除和细胞凋亡等。
与细胞核DNA不同的是，mtDNA具有许多独特的生物学特征，如存在于多个拷贝数不等的线粒体中、没有组蛋白修饰、较高的突变率等。
近年来，越来越多的研究表明，线粒体DNA甲基化是一种重要的线粒体表观遗传学修饰方式，可影响线粒体功能。
已有研究显示，线粒体DNA甲基化可以调节线粒体基因表达、细胞的能量代谢以及自由基产生与清除。
线粒体DNA甲基化的研究历史可以追溯到上个世纪。
最早的研究表明，线粒体DNA上存在着极少量的5-甲基胞嘧啶（5-mC）。
但这些发现长期被认为是技术问题所造成的伪影。
2013年，研究人员利用下一代测序技术发现线粒体DNA上不仅存在5-mC，还存在6-甲基腺嘌呤（6-mA）和N6,2’-O-甲基腺苷（m6A）等多种甲基化修饰形式。
这些新的发现引起了学术界的广泛兴趣，推动了线粒体DNA甲基化的研究进程。
目前，线粒体DNA甲基化的机制和生物学功能正在不断解释和探索。
首先，线粒体DNA甲基化与细胞核DNA甲基化的机制存在很大差异。
细胞核DNA甲基化作用主要是由DNA甲基转移酶（DNMT）完成，而线粒体DNA甲基化可能涉及多种酶系统的参与。
例如，关键的线粒体细胞分裂周期酶1（MTERF1）是可甲基化的蛋白，它被认为是线粒体DNA甲基化的调节因子之一。
其次，线粒体DNA甲基化对线粒体功能的影响主要是通过调节线粒体基因表达实现的。
线粒体DNA只包含少量基因，但这些基因对线粒体功能至关重要。
已有研究表明，线粒体DNA甲基化可以直接影响线粒体基因表达。
例如，线粒体命名蛋白A1（TFAM）是线粒体DNA的特异性结合蛋白，能够调节线粒体基因的转录和复制。
最近的研究发现，TFAM的甲基化水平可以影响其DNA结合能力和转录调节活性，从而间接调节线粒体基因表达。
动植物中DNA甲基化的研究进展
动植物中DNA甲基化的研究进展DNA甲基化是一种重要的表观遗传修饰方式，广泛存在于动植物中。
它通过在DNA上附加甲基基团来改变基因的表达模式，从而影响生物体的发育、生长和适应环境的能力。
近年来，科学家们在动植物中DNA甲基化的研究方面取得了许多重要进展，为了解生物的遗传调控机制和促进生物资源的保护和利用提供了重要的理论基础。
本文将介绍动植物中DNA甲基化的研究现状和进展，以期增进人们对这一领域的了解。
一、动植物中DNA甲基化的基本特点1. 动植物中DNA甲基化的类型DNA甲基化是指在DNA分子中特定位置上附加甲基基团的化学修饰方式。
在动植物中，DNA甲基化主要发生在CpG二核苷酸上，即在C（胞嘧啶）和G（鸟嘌呤）之间的连接处。
除了CpG二核苷酸，有些动植物中还存在CpHpG和CpHpH等非对称的DNA甲基化方式。
2. DNA甲基化对基因表达的调控DNA甲基化可以通过不同的机制（如阻碍转录因子结合、改变染色质结构等）来影响基因的表达。
一般来说，DNA甲基化会抑制某些基因的转录，从而影响生物的发育和适应能力。
3. DNA甲基化的稳定性和动态性一般情况下，DNA甲基化是相对稳定的，可以传递给后代。
但是在一些特定的生理或环境条件下，DNA甲基化也会发生变化，从而导致基因表达模式的改变。
1. 动植物中DNA甲基化的检测方法近年来，研究人员开发了许多高效的DNA甲基化检测方法，如甲基化特异性酶切（MSRE）、甲基化敏感的限制酶切（Methylation-sensitive restriction enzymes）、甲基化特异性PCR和甲基化特异性测序等。
这些方法在动植物中DNA甲基化研究中发挥了重要的作用。
2. 动植物中DNA甲基化与表观遗传调控的关系近年来的研究表明，DNA甲基化在动植物的表观遗传调控中起着重要的作用。
它可以影响组蛋白修饰、微小RNA表达等，从而调节基因的表达。
DNA甲基化还可以与组蛋白修饰、RNA甲基化等表观遗传修饰方式相互作用，共同调控基因的表达。
dna甲基化的研究进展及应用
DNA甲基化的研究进展及应用的实际应用情况1. 应用背景DNA甲基化是一种重要的表观遗传修饰方式，通过在DNA分子中加上甲基基团来调控基因的表达。
DNA甲基化在生物体的发育和疾病进程中起到关键作用，因此对其研究具有重要意义。
随着技术的发展，我们对DNA甲基化的认识逐渐深入，并且已经开始将其应用于多个领域。
2. 应用过程2.1 DNA甲基化检测技术DNA甲基化检测技术是研究DNA甲基化的关键工具。
目前常用的DNA甲基化检测技术包括： - 亚硫酸盐测序（Bisulfite Sequencing）：通过处理DNA样本使未甲基化位点被转换成尿嘧啶，而已经甲基化的位点不受影响，然后进行测序分析。
- 限制性内切酶消化（Restriction Enzyme Digestion）：通过特定限制性内切酶识别和切割未甲基化位点，然后使用PCR或Southern blot等方法检测切割的DNA片段。
- 甲基化特异性PCR（Methylation-Specific PCR）：通过使用甲基化特异性引物，只扩增已甲基化或未甲基化的DNA片段，从而判断甲基化状态。
2.2 DNA甲基化的测序技术近年来，随着高通量测序技术的发展，研究人员可以更全面地了解DNA甲基化的分布情况。
通过结合Bisulfite Sequencing和高通量测序技术，我们可以对整个基因组进行DNA甲基化分析。
这种技术被称为全基因组甲基化测序（Whole Genome Bisulfite Sequencing，WGBS），它能够提供高分辨率和全面性的DNA甲基化图谱。
2.3 DNA甲基化和疾病关联的研究DNA甲基化在多种疾病中扮演重要角色，并且被广泛应用于疾病诊断、预测和治疗。
在癌症中，DNA甲基化异常常常导致肿瘤抑制基因的失活和癌症相关基因的活化。
通过对肿瘤组织和正常组织中DNA甲基化的比较，可以发现候选的甲基化标记物，并且可以用于癌症早期诊断和预后评估。
线粒体DNA甲基化的研究进展
线粒体DNA甲基化的研究进展线粒体DNA（mtDNA）甲基化是一种在线粒体基因组中发现的一种表观遗传调控形式。
与细胞核DNA甲基化不同，mtDNA甲基化对线粒体功能和细胞代谢具有重要影响。
近年来，关于线粒体DNA甲基化的研究取得了长足的进展，揭示了其在健康和疾病中的重要作用，为开展相关疾病的诊断和治疗提供了新的思路。
本文就线粒体DNA甲基化的研究进展进行综述，以期为该领域的研究提供参考。
线粒体DNA甲基化主要发生在CpG dinucleotide位点，与细胞核DNA甲基化的方式有所不同。
线粒体DNA上的甲基化基本上局限在一些特定的区域，而且与特定的生理或病理状态相关。
线粒体DNA甲基化的水平相对较低，不像细胞核DNA那样稳定。
这些特点使得线粒体DNA甲基化的研究更加复杂和具有挑战性。
二、线粒体DNA甲基化与健康1. 线粒体功能线粒体DNA甲基化与线粒体功能紧密相关。
一些研究表明，线粒体DNA甲基化的改变可以影响线粒体基因的表达，进而影响细胞的能量代谢和氧化磷酸化过程。
这可能导致许多代谢性疾病，如肥胖症、2型糖尿病等。
3. 疾病易感性线粒体DNA甲基化的改变还与一些遗传性疾病的易感性相关。
一些研究发现，线粒体DNA甲基化的异常可以增加一些疾病的风险，如帕金森病、亚型性心肌病等。
这为这些疾病的发生提供了新的观点和治疗方向。
3. 癌症线粒体DNA甲基化与癌症的发生也有一定的关系。
一些研究表明，线粒体DNA甲基化的改变可能与癌症发生和发展有关。
这为癌症的预防和治疗提供了新的方向和可能性。
四、线粒体DNA甲基化的研究方法由于线粒体DNA甲基化的特点和复杂性，其研究方法也更加复杂和多样化。
目前，常用的线粒体DNA甲基化研究方法主要包括：1. 甲基化特异性PCR（MSP）MSP是一种常用的DNA甲基化检测方法，其原理是通过甲基化特异性的PCR引物来放大甲基化和非甲基化的DNA片段，从而判断DNA的甲基化水平。
DNA甲基化在基因表达调控中的意义及研究进展
DNA甲基化在基因表达调控中的意义及研究进展DNA甲基化是指在DNA分子中，甲基化酶将甲基基团加在胞嘧啶（C）的C5位上，形成5-甲基胞嘧啶（5mC）。
DNA甲基化可用于维持细胞分化状态、X-染色体的失活和基因沉默。
因此，这是影响和调节基因表达的一种关键机制。
本文将介绍DNA甲基化在基因表达调控中的意义和研究进展。
一、DNA甲基化的意义DNA甲基化是一种重要的表观遗传修饰，在维持某些细胞特定功能上扮演着重要角色。
这种修饰可以通过在转录、重复序列沉默以及染色体结构的调节上，起到不同的调控作用。
具体如下：1. 基因表达调控DNA甲基化常常位于基因启动子区域或其相邻区域，如果基因的启动子区域DNA甲基化明显，就可以导致基因沉默，并阻碍转录因子的结合，从而导致基因的表观表达水平下降或失调。
随着时间的推移，细胞的不同倍化和分化状态对DNA甲基化的基因表达也会产生影响。
2. 染色体结构稳定DNA甲基化在单个基因和整个染色体的正常功能和稳定性中都发挥着非常重要的作用。
在X-染色体中，一个活胚中的原始副本会经过局部DNA甲基化而失活，这是一种动态的过程。
随着细胞分裂和染色体复制，所有X-染色体的一个副本被扩散到各个新细胞中，确保每个新细胞都有一个活性细胞副本和一个失活细胞副本，从而维持了X-染色体的正常功能和稳定性。
3. DNA复制和修复DNA甲基化还为DNA复制和修复提供支持。
在一个基因表达发生变化时，DNA甲基化能够在基因重组、复制和修复中帮助维持正常的DNA序列。
二、研究进展DNA甲基化的作用和机制在科学家的呼声下，逐渐变得更加清晰和透明。
最近的研究主要涉及应用高通量测序技术的“全基因甲基化谱系分析”，从而可以快速、准确地分析DNA甲基化的分布、关键区域和相关功能。
下面是目前的研究进展：1. 3D基因组拓扑与DNA甲基化属于细胞的空间范围对DNA甲基化的分布和其他表观遗传修饰的正常作用有很大的影响。
3D基因组拓扑分析表示，DNA甲基化位于根据拓扑分区划分出的许多染色体区域，独立于基因和前驱区域。
线粒体DNA甲基化的研究进展
线粒体DNA甲基化的研究进展甲基化是指在DNA分子的CpG位点上添加甲基基团，是一种常见的表观遗传修饰形式。
在细胞核DNA中，甲基化在基因表达调控、染色质结构改变等方面发挥着重要作用。
而线粒体DNA的甲基化则是一个相对较新的研究领域，但近年来却引起了广泛的关注。
线粒体DNA甲基化的研究不仅对于理解疾病的发生发展具有重要意义，同时也为相关疾病的诊断和治疗提供了新的思路。
近年来，关于线粒体DNA甲基化的研究取得了一系列新的进展。
最值得关注的有以下几个方面：1. 线粒体DNA甲基化与疾病的关联线粒体DNA甲基化在多种疾病的发生发展中发挥着重要作用。
研究表明，线粒体DNA甲基化在癌症、糖尿病、心血管疾病等疾病中扮演着重要角色。
一些研究发现，在多种肿瘤组织中线粒体DNA甲基化水平显著增加，与肿瘤的发生和进展密切相关。
而在糖尿病研究中也发现，线粒体DNA甲基化水平与胰岛素抵抗程度密切相关。
这些研究为探索新的治疗策略和诊断方法提供了重要的依据。
线粒体DNA甲基化在细胞代谢调节中起着重要作用。
研究表明，线粒体DNA甲基化可以通过调节线粒体基因的表达水平，影响线粒体功能的正常运作。
在细胞代谢异常的疾病中，线粒体DNA甲基化的异常也常常被观察到。
研究线粒体DNA甲基化对于深入理解细胞代谢的调控机制具有重要意义。
随着对线粒体DNA甲基化研究的深入，相关的检测技术也得到了不断的改进。
现有的甲基化测序技术已经可以用于对线粒体DNA甲基化进行全基因组的测序分析，为对线粒体DNA甲基化的研究提供了重要的技术支持。
而且，线粒体DNA甲基化的检测技术也逐渐向临床转化方向发展，为疾病的早期诊断和治疗提供了新的途径。
线粒体DNA甲基化在遗传传递中的作用也备受关注。
研究表明，线粒体DNA甲基化的模式可能会影响其在细胞分裂中的遗传传递。
而且，一些研究发现线粒体DNA甲基化异常可能会通过代际传递的方式对后代产生影响，这一发现为理解某些遗传性疾病的机制提供了新的视角。
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/methcanc erdb/home.seam
3 DNA 甲基化的预测研究
实验手段检测 DNA 甲基化状态的方法虽然比 较可靠，但是其对于人力财力的需求以及检测技术 方面的缺陷，使得目前大规模的 DNA 甲基化的实 验数据还比较有限．研究计算预测 DNA 序列甲基 化状态的方法显得极为重要．另一方面，作为实验 检测技术的补充，预测算法能够挖掘出数据中隐藏 的重要特征，为人们进一步认识 DNA 甲基化机理 提供重要依据和研究思路．目前发表的对 DNA 甲 基化模式进行预测的方法中，按照预测目标的类型 可以分为，对单个 CpG 双核苷酸的甲基化状态预
准确，可应用于任何待检测样品 需要将所有非甲基化的胞嘧啶进行转换
酶切处理 免疫沉淀
中等 中等
方法相对简单
只能针对内切酶能识别的位点
任意序列背景下的甲基化胞嘧啶都 对发生甲基化的胞嘧啶的密度要求较高
能实现免疫沉淀
a. 亚硫酸氢钠处理 5′ GG 3′ 5′ MG 3′ 亚硫酸氢钠
5′ GG 3′ 5′ MG 3′ PCR 扩增
在线查询 可视化工具 在线查询
下载 可视化工具
[26] http://www.methdb.de/
[27] /
来自 1 000 篇文献，包
在线查询
[28]
括 5 000 条记录 4 720 个记录，2 199 个基因
在线查询
/ [29]
关键词 DNA 甲基化，生物信息学研究， CpG 岛，预测，机制，表观遗传学
学科ห้องสมุดไป่ตู้类号 Q3，Q6，Q7
DOI: 10.3724/SP.J.1206.2008.00426
在多细胞生物的发育过程中，细胞如何分化很 大程度上取决于其内部的基因表达模式，而基因的 表达模式不仅仅依赖于细胞内转录因子的作用，还 同表观遗传学因素密切相关．表观遗传学是指在不 改变 DNA 序列的条件下所发生的可遗传基因表达 的变化[1]．表观遗传学主要包括 DNA 甲基化、组 蛋白修饰和染色质结构．脊椎动物中，DNA 甲基 化 表 现 为 在 DNA 甲 基 化 转 移 酶 (DNA methyltransferase， DNMT) 作 用 下 ， 甲 基 基 团 合 成 到 5′-CpG-3′中胞嘧啶的第五位碳原子上[2]．DNA 甲基化参与了细胞的多种生理活动，比如基因的时 空特异性表达、X 染色体失活、衰老以及癌症的发 生[3, 4]．甲基化的 CpG 双核苷酸通过募集转录抑制 因子[5]或者阻碍转录激活因子的结合抑制基因的表 达[6]．由于 DNA 甲基化在基因调控中的重要功能， 以 Sanger 研究所为代表的人类表观基因组联盟， 于 2000 年 10 月发起了人类表观基因组计划(human epigenome project，HEP)，试图获得人类多个组织 中的 DNA 甲基化模式[7]．目前该计划已经完成了 来自 12 个组织的第 6 号、20 号和 22 号染色体的 检测工作[8]．
人类基因组中，70%～80%的 CpG 双核苷酸处 于 DNA 甲基化状态[9]．非甲基化的 CpG 不是均匀 分布，而是呈现局部聚集倾向，形成一些 GC 含量 较高、CpG 双核苷酸相对聚集的区域，即 CpG 岛[4].
根据 Gardiner-Garden 等[10]的定义，CpG 岛是一段 长度不小于 200 bp、GC 含量不小于 50%、CpG 含 量与期望含量之比不小于 0.6 的区域．由于该定义 将一些重复片段也包含其中，Takai 和 Jones[11]将 CpG 岛重新定义为长度不小于 500 bp、GC 含量不 小于 55%、CpG 含量与期望含量之比不小于 0.65 的区域．据统计，多于 50%的基因的启动子区含 有 CpG 岛[12, 13]．在早期的认识中，CpG 岛都是非 甲基化的[4]，但是随着研究的不断深入，人们发现 在印迹基因[3]、失活的 X 染色体[14]甚至是正常的体 细胞中都存在甲基化的 CpG 岛[15]．部分 CpG 岛的 异常甲基化常常伴随着癌症等疾病的发生[16]．
Table 1 The characteristics of different pretreatment methods in detection techniques for DNA methylation
表 1 DNA 甲基化实验检测技术各种前期处理方法的特点
处理方法
分辨率
优点
缺点
亚硫酸氢钠
高(单个碱基)
[22]
全基因组
原代纤维细胞，精原细胞
[24]
亚硫酸氢钠 + 芯片技术
371 个基因
乳腺癌细胞系，结肠癌细胞系，
[19]
前列腺癌细胞系
2 DNA 甲基化的相关数据库
数据库的构建是生物信息学研究的重要内容． 目前发表的较大规模的 DNA 甲基化相关数据库有 4 个：MethDB、MethyCancer、PubMeth 和 MethCancer DB，数据情况见表 3．其中，MethDB 是最早整合 文献中 DNA 甲基化数据的数据库，也是涵盖物种 和组织最多的数据库，其余 3 个数据库都采用了文 献挖掘的方法，收集了文献中已报道的与特定癌症
本文综述了目前关于人的 DNA 甲基化研究中 生物信息学研究的最新进展．首先介绍了 DNA 甲 基化的高通量检测方法和相关数据库，然后重点综 述了 DNA 甲基化的预测研究和 CpG 岛不易被甲基 化的机制探索，紧接着简要阐述了 DNA 甲基化同 癌症以及其他表观遗传学现象之间的关系，最后一 部分是作者基于 DNA 甲基化的工作体会对于今后 研究方向的展望．
1 DNA 甲基化的高通量实验检测方法
DNA 甲基化的检测大体分为两个步骤：a．待 检测样品的前期处理；b．目标序列的定位和甲基 化状态的量化．待检测样品的前期处理方法主要包
括三大类：a．亚硫酸氢钠(sodium bisulfite)法，亚 硫酸氢钠把非甲基化的胞嘧啶转化为尿嘧啶，而保 持甲基化的胞嘧啶不变，以此实现两类的分离，此 方法因其准确率高而被誉为检测 DNA 甲基化的 “金方法”；b．限制性内切酶(restriction enzyme)法， 限制性内切酶可以切割非甲基化的位点，而甲基化 以后的识别位点将被保留；c．利用特定抗体对甲 基化的胞嘧啶进行免疫沉淀反应 (immunoprecipitation)． 这 三 种 方 法 的 主 要 特 点 见 表 1．前期处理实现了甲基化和非甲基化的胞嘧啶 分离以后，可以对分离出的甲基化 DNA 片段进行 基因芯片杂交或者大规模深度测序，实现高通量的 检测(图 1)．以上两个步骤的不同组合产生了多种 高通量的实验检测技术，如亚硫酸氢钠+测序[17, 18]、 亚硫酸氢钠+芯片技术[19, 20]、酶切+芯片技术[21]、甲 基化抗体+芯片技术[22]等．目前很多实验室利用以 上技术对不同组织中的 DNA 甲基化状态进行了检 测，具体情况见表 2．
(1)生物信息学教育部重点实验室，清华信息国家实验室生物信息学研究部，清华大学自动化系，北京 100084; 2)电子科技大学自动化工程学院，成都 610054)
摘要 作为重要的表观遗传学现象之一，DNA 甲基化对基因的表达发挥重要的调控功能．随着高通量检测技术的不断发展， 对 DNA 甲基化的生物信息学研究也成为 DNA 甲基化研究中的一个非常活跃的热点．对生物信息学在 DNA 甲基化状态的预 测、CpG 岛不易被甲基化的机制研究、探索 DNA 甲基化同其他表观遗传学现象之间的关系以及 DNA 异常甲基化同癌症的 发生和发展之间的关系等方面的研究进展进行综述．
检测方法 亚硫酸氢钠 + 测序
检测区域 第 6，20，22 号染色体
样本 来自 43 个样本的 12 个组织
参考文献 [8]
酶切 + 测序
第 21q 号染色体
外周血细胞
[15]
酶切 + 芯片技术
全基因组
脑组织
[21]
第 21 和 22 号染色体
脑组织
[23]
甲基化抗体 + 芯片技术
全基因组
原代肺纤维组织，结肠癌细胞系
5′ T G 3′ 5′ MG 3′
b. 酶切处理
c. 免疫沉淀反应
5′
3′
5′
3′
声波降解
甲基化敏感酶
5′
3′
扩增
免疫沉淀 扩增
a. 芯片杂交
b. 测序
TA C
G
Fig. 1 Sketch of the high-throughput detection techniques for DNA methylation 图 1 高通量检测 DNA 甲基化技术的示意图
相 关 的 一 些 DNA 甲 基 化 模 式 ．MethDB 和 MethyCancer 还 提 供 了 DNA 甲 基 化 的 可 视 化 工 具．通过对现有的分散的 DNA 甲基化数据的整理 分析，这些数据库提供了内容独立、记录相对完 整、格式比较统一的数据资源，为后期的深入挖掘 提供了极大便利．随着大规模深度测序技术在 DNA 甲基化检测中的应用，建立相应数据库用以 存储和分析相关数据，开发类似于 CpGViewer[25]的 可视化分析工具将具有重要价值．
近年来，随着高通量的 DNA 甲基化检测技术 的出现，DNA 甲基化的生物信息学研究得到了很 大的发展．一系列具有较好精度的 DNA 甲基化预 测工具不仅成为实验检测技术的补充，也反映了 DNA 甲基化本身是有规律可寻的，这启发了研究 者们对于 DNA 甲基化内在机制的探索．DNA 甲基 化具有序列偏好性的观点得到进一步证实，CpG