研究线粒体DNA表观遗传学的作用以及展望(3)

　　
　　3.2.4 核基因组中mt DNA插入：
　　
　　mt DNA可转移到真核细胞核基因组并插入生成核线粒体DNA拷贝 （NUMT） .NUMT在85个以上真核生物基因组中存在， 比较常见， 在肿瘤细胞核基因组中mt DNA整合的重要性仍未知， 但发现在结肠直肠癌中NUMT增加， 提示体内转移mt DNA转移增加， NUMT可作为肿瘤发生相关的生物学标志[28].
　　
　　多能干细胞中mt DNA片段转移到细胞核的过程是动态和可逆的[29].多能干细胞和胚胎干细胞在细胞核中含有高水平mt DNA, 干细胞分化为体细胞时， 基本将细胞核中mt DNA的数量降至与正常体细胞中观察到的水平相似， 这可能是mt DNA序列动态调控多能干细胞染色体DNA的新机制。
　　
　　线粒体向细胞核提供必要的中间代谢产物， 可调节和修饰表观遗传学标志， 参与细胞核DNA和染色质的表观遗传反应；反过来线粒体也依赖细胞核促进其大部分功能活性， 包括mt DNA的表观遗传修饰， 并参与调控核基因的表达。两者之间的交叉串话在机体代谢、疾病以及衰老中有重大意义。
　　
　　4、mt DNA表观遗传学研究方法及展望
　　
　　mt DNA的表观遗传修饰形式， 如mt DNA整体甲基化或特异位点的甲基化， 可与氧化应激、药物及环境暴露之间发生联合作用， 从而导致相应的生理和病理改变， 其作用机制需要深入探究。应用小样本中分离纯化得到的核酸， 进行整体基因组甲基化分析， 有助于研究线粒体碱基的甲基化， 以期作为一个新的生物学标志。具体包括： （1） Bisulfite法主要包括MSP和BSP, 能分辨单个核酸碱基， 可应用于mt DNA甲基化位点的分析； （2） 全基因组扩增法联合亚硫酸氢盐测序 （WGs B） , 通过使用Illumina基因组分析平台， 可用于小真核基因组分析。另外， 有替代方法如与微阵列杂交， 使用特异性抗体免疫沉淀变性DNA法富集甲基化区域；而液相色谱电喷雾离子化串联质谱 （LC-ESI-MS/MS） 可用于基因组和线粒体DNA甲基化测定， 能提供5m C和5mh C清晰分离和特异性定量， 没有任何序列的限制。 （3） 纳米孔测序， 可直接对5m C测序， 能够不使用亚硫酸盐处理进行测序， 将开启高通量DNA甲基化分析的新革命。对mt DNA进行定量分析的甲基化技术方法是未来生命科学发展的重要方向。
　　
　　对于神经退行性疾病或癌症， 若能建立其特异性mt DNA甲基化谱， 发现其特异性的线粒体表观遗传修饰生物学标志， 对于做好基因水平的源头预防， 具有重要意义。若能研发出特异性靶向修饰mt DNMT和TETs等酶活性的药物， 选择性穿透线粒体生物膜， 进行人为干预mt DNA甲基化， 将具有重要的临床应用价值。在新兴的线粒体癌症治疗策略中， 涉及癌症免疫治疗和CRISPR-Cas9系统基因治疗[30].
　　
　　此外， 可从线粒体酶活性方面研究mt DNA甲基化的作用， 如mt DNMT1和TETs酶活性的变化， 在调节哺乳动物mt DNA甲基化和羟甲基化发挥关键作用；以及mt DNA表观遗传调控可能参与的信号通路机制；了解线粒体表观遗传修饰产物作用；揭示线粒体表观遗传酶在正常生理和病理条件下的调节和分布机制；并深入研究核线交叉串话的代谢反应及其机制；这将有助于深度理解线粒体表观遗传学修饰机制对生命进行的精细调控， 发现线粒体与更多细胞器之间的表遗传交叉串话也是重要的发展方向。
　　
　　参考文献
　　[1]Manev H, Dzitoyeva S.Progress in mitochondrial epigenetics[J].Biomol Concepts, 2013, 4 （4） :381-389.
　　[2]Wallace DC, Fan W.Energetics, epigenetics, mitochondrial genetics[J].Mitochondrion, 2010, 10 （1） :12-31.
　　[3]Vanyushin BF, Kiryanov GI, Kndryashova IB, et al.DNA-methylase in loach embryos （Misgurnus fossilis） [J].FEBS Lett, 1971, 15:313-316.
　　[4]Youle RJ, Narendra DP.Mechanisms of mitophagy[J].Nat Rev Mol cell Biol, 2011, 12 （1） :9-14.
　　[5]Shock L, Thakkar PV, Peterson EJ, et al.DNA methyltransferase 1, cytosine methylation, and cytosine hydroxymethylation in mammalian mitochondria[J].Proc Nat Acad Sci USA, 2011, 108 （9） :3630-3635.
　　[6]Chen CC, Wang KY, Shen CK.The mammalian de novo DNA methyltransferases DNMT3A and DNMT3B are also DNA 5-hydroxymethylcytosine dehydroxymethylases[J].The J Biol Chem, 2012, 287 （40） :33116-33121.
　　[7]Lodeiro MF, Uchida A, Bestwick M, et al.Transcription from the second heavy-strand promoter of human mt DNA is repressed by transcription factor A in vitro[J].Proc Nat Acad Sci USA, 2012, 109 （17） :6513.
　　[8]Dina B, Patrizia DA, Teresa S, et al.The control region of mitochondrial DNA shows an unusual Cp G and non-Cp G methylation pattern[J].DNA Research, 2013, 20 （6） :537.
　　[9]Dzitoyeva S, Chen H, Manev H.Effect of aging on 5-hydroxymethylcytosine in brain mitochondria[J].Neurobiol Aging, 2012, 33 （12） :2881-2891.
　　[10]You C, Ji D, Dai X, et al.Effects of tet-mediated oxidation products of 5-methylcytosine on DNA transcription in vitro and in mammalian cells[J].Sci Rep, 2014, 4:7052.
　　[11]Iacobazzi V, Castegna A, Infantino V, et al.Mitochondrial DNA methylation as a next-generation biomarker and diagnostic tool[J].Mol Genet Metab, 2013, 110 （1-2） :25-34.
　　[12]Byun H, Panni T, Motta V, et al.Effects of airborne pollutants on mitochondrial DNA Methylation[J].Part Fibre Toxicol, 2013, 10 （1） :1-8.
　　[13]Cherry C, Thompson B, Saptarshi N, et al.2016:A'Mitochondria'Odyssey[J].Trends Mol Med, 2016, 22 （5） :391-403.
　　[14]Quir SPM, MOTTIS A, AUWERX J.Mitonuclear communication in homeostasis and stress[J].Nat Rev Mol Cell Biol, 2016, 17 （4） :213-226.
　　[15]Kelly RDW, Arsalan M, Matthew MK, et al.Mitochondrial DNA copy number is regulated in a tissue specific manner by DNA methylation of the nuclear-encoded DNA polymerase gamma A[J].Nucleic Acids Res, 2012, 40 （20） :10124-10138. …… 此处隐藏：2020字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……