DNA甲基化是一種被廣泛研究的表觀遺傳修飾方式，與組蛋白修飾等方式一起块差，在調(diào)控基因表達(dá)和染色質(zhì)構(gòu)象等方面發(fā)揮了重要作用试溯。通常地，甲基化DNA指5-甲基胞嘧啶（5mC）灰嫉，它是在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNMT）的作用下將甲基基團(tuán)添加到胞嘧啶的5’C位置上形成的（Vertino PM, 1996）拆宛。哺乳動(dòng)物細(xì)胞中甲基化主要發(fā)生在CG雙核苷酸的胞嘧啶上（Goldberg AD, 2007），植物細(xì)胞中則存在很大比例的non-CG（CHH讼撒、CHG浑厚，H代表A、C根盒、T）甲基化（Jackson JP, 2002）钳幅。
1. 定義
在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNA methyltransferase, 縮寫DNMT）的作用下，基因組DNA序列上CpG島的二核苷酸5′端胞嘧啶轉(zhuǎn)變?yōu)?′甲基胞嘧啶（5′ methylcytosine, 縮寫5mC）郑象。
DNA甲基化(DNA methylation)是研究得最清楚,也是最重要的表觀遺傳修飾形式; 主要是基因組 DNA上的胞嘧啶第5位碳原子和甲基間的共價(jià)結(jié)合贡这，胞嘧啶由此被修飾為5甲基胞嘧啶(5-methylcytosine，5mC)厂榛。
DNA甲基化在維持正常細(xì)胞的功能盖矫、雌性個(gè)體X染色體失活、寄生DNA序列的抑制击奶、基因組結(jié)構(gòu)穩(wěn)定辈双、遺傳印記、胚胎發(fā)育柜砾、及腫瘤和疾病的發(fā)生湃望、發(fā)展緊密相關(guān)，具有至關(guān)重要的作用痰驱。
2. 甲基化類型
在哺乳動(dòng)物中, DNA甲基化類型可分為:?維持甲基化(maintenance DNA methylation) 和?重新甲基化(de novo methylation)证芭。
維持甲基化是指在甲基轉(zhuǎn)移酶的作用下，DNA的半保留復(fù)制過程中担映，會(huì)在子鏈的相應(yīng)的位置進(jìn)行甲基化修飾的過程废士。
重新甲基化是指在甲基轉(zhuǎn)移酶的作用下，原來沒有甲基化的DNA雙鏈上蝇完，進(jìn)行甲基化的過程官硝，之后由維持甲基化酶來維持穩(wěn)定的DNA甲基化狀態(tài)。
對(duì)于這兩種甲基化機(jī)制來說短蜕，有兩種對(duì)應(yīng)類型的甲基化酶：維持甲基轉(zhuǎn)移酶和重新甲基轉(zhuǎn)移酶氢架。有文章詳細(xì)的研究了甲基化相關(guān)酶的作用機(jī)制:
<Reversing DNA Methylation: Mechanisms, Genomics, and Biological Functions>
維持甲基化是指在甲基轉(zhuǎn)移酶的作用下，DNA的半保留復(fù)制過程中朋魔，會(huì)在子鏈的相應(yīng)的位置進(jìn)行甲基化修飾的過程岖研。(DNA復(fù)制后，新合成鏈在DNMT1的作用下警检，以舊鏈為模板進(jìn)行甲基化缎玫。（缺乏嚴(yán)格的精確性硬纤，95%）)
重新甲基化是指在甲基轉(zhuǎn)移酶的作用下，原來沒有甲基化的DNA雙鏈上赃磨，進(jìn)行甲基化的過程筝家，之后由維持甲基化酶來維持穩(wěn)定的DNA甲基化狀態(tài)(甲基化并非基因沉默的原因而是基因沉默的結(jié)果，其以某種機(jī)制識(shí)別沉默基因邻辉，后進(jìn)行甲基化)溪王。
重新甲基化引發(fā)因素可能包括：
????1). DNA本身的序列、成分和次級(jí)結(jié)構(gòu)值骇。
????2). RNA根據(jù)序列同源性可能靶定的區(qū)域莹菱。
????3).特定染色質(zhì)蛋白、組蛋白修飾或相當(dāng)有序的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)吱瘩。
3. 甲基化&癌癥
已有的研究表明胚胎的正常發(fā)育非常依賴于基因組DNA的適當(dāng)甲基化道伟，任何一種甲基轉(zhuǎn)移酶的缺失，都可導(dǎo)致小鼠胚胎發(fā)育的中止而死亡使碾。
此外蜜徽，各種腫瘤中都普遍存在DNA甲基化狀態(tài)的異常改變，且異常的DNA甲基化狀態(tài)是腫瘤的重要特征之一票摇。
小鼠的體外實(shí)驗(yàn)和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)都已表明拘鞋，全基因組水平的去甲基化可能導(dǎo)致整個(gè)基因組的不穩(wěn)定，從而增加腫瘤的發(fā)生幾率矢门。
抑癌基因啟動(dòng)子區(qū)域CpG島的高甲基化盆色，是諸多癌癥發(fā)生早期的重要事件之一。
4. 甲基化發(fā)生區(qū)域:?CpG島(CpG islands)
哺乳動(dòng)物基因組中5mC占胞嘧啶總量的2%-7%祟剔，約70%的5mC存在于CpG二連核苷隔躲。
在結(jié)構(gòu)基因的5’端調(diào)控區(qū)域, CpG二連核苷常常以成簇串聯(lián)形式排列，這種富含CpG二連核苷的區(qū)域稱為CpG島(CpG islands)物延，其大小為500-1000bp蹭越，約56%的編碼基因含該結(jié)構(gòu)。
基因調(diào)控元件(如啟動(dòng)子)所含CpG島中的5mC會(huì)阻礙轉(zhuǎn)錄因子復(fù)合體與DNA的結(jié)合教届。
目前認(rèn)為基因調(diào)控元件（如啟動(dòng)子）的CpG島中發(fā)生5mC修飾會(huì)在空間上阻礙轉(zhuǎn)錄因子復(fù)合物與DNA的結(jié)合。因而DNA甲基化一般與基因沉默相關(guān)聯(lián)(DNA甲基化一般與基因沉默相關(guān)聯(lián)驾霜；非甲基化一般與基因的活化相關(guān)聯(lián)案训；而去甲基化往往與一個(gè)沉默基因的重新激活相關(guān)聯(lián))。
5. 甲基化檢測(cè)技術(shù)
1). 基于限制性酶切預(yù)處理的甲基化檢測(cè)技術(shù):
? ? 利用甲基化敏感性限制性內(nèi)切酶對(duì)甲基化區(qū)域不切割的特性粪糙，將DNA消化為不同大小的片段后再進(jìn)行分析强霎。隨后進(jìn)行Southern或PCR擴(kuò)增分離產(chǎn)物，以明確目標(biāo)片段的甲基化狀態(tài)蓉冈。
2). 基于亞硫酸鹽修飾預(yù)處理的甲基化檢測(cè)技術(shù):
? ? DNA經(jīng)亞硫酸鹽處理后城舞，未甲基化的胞嘧啶（C）被轉(zhuǎn)化成尿嘧啶（U）轩触，甲基化的胞嘧啶保持不變。
3). 基于親和富集預(yù)處理的甲基化檢測(cè)技術(shù):
? ? MeDIP 方法在將基因組 DNA 超聲波打斷并變性后家夺，使用 5- 甲基胞嘧啶特異性抗體富集甲基化片段脱柱，再分離純化得到甲基化 DNA 片段，然后再用測(cè)序等方法分析拉馋；
? ? MBDCap 技術(shù)與 MeDIP 方法類似榨为，利用甲基化DNA結(jié)合蛋白來對(duì)甲基化的DNA進(jìn)行免疫沉淀，因?yàn)椴捎玫母患鞍撞煌?MeDIP 普遍富集 CpG 低密度的甲基化區(qū)域煌茴，而 MBDCap 則普遍富集 CpG 高密度的甲基化區(qū)域 随闺。?
目前, WGBS(全基因組甲基化測(cè)序)主要使用:?亞硫酸鹽修飾預(yù)處理后進(jìn)行DNA甲基化檢測(cè);
6.?全基因組甲基化(WGBS)基本分析內(nèi)容
目前, 各大測(cè)序公司都能夠完成WGBS的分析以及檢測(cè), 他們的分析內(nèi)容主要包括以下幾部分(與所有調(diào)控類型一樣, 甲基化分析內(nèi)容也主要包含: 建庫, 質(zhì)控, 鑒定, 分類, 差異, 靶向, 功能等幾大部分):?
1). 質(zhì)控: 衡量文庫覆蓋度, 顯示數(shù)據(jù)量的同時(shí)也基本預(yù)測(cè)了鑒定結(jié)果;
2). 甲基化位點(diǎn)motif識(shí)別以及屬性分類(建庫過程中,未甲基化的C已經(jīng)被轉(zhuǎn)化成U了, so, 直接檢測(cè)的C即為被甲基化修飾的胞嘧啶):?
? ? Motif 表示包含mC位點(diǎn)在內(nèi)的上下游9bp 的堿基分布特征，可以表征序列保守性蔓腐。
? ? 序列環(huán)境分類（CG矩乐，CHG，CHH; H 代表A, C, T）;?
3). 單樣本甲基化分析:? 在單個(gè)樣本層面進(jìn)行整體水平甲基化水平密度回论、染色體水平甲基化水平密度散罕、基因功能區(qū)域甲基化水平分布和基因上下游2K甲基化水平分布，這個(gè)幾個(gè)方面來展現(xiàn)物種甲基化模式透葛，構(gòu)建物種甲基化譜笨使。
4). 比較組合甲基化水平分析: 從樣本group中可視化組內(nèi)和組間的甲基化水平;
5). 差異甲基化分析: 根據(jù)各樣本以及各個(gè)比較組合的甲基化檢測(cè)結(jié)果, 進(jìn)行差異分析;
6). 差異甲基化功能分析: 即根據(jù)差異甲基化位點(diǎn), 找到該位點(diǎn)潛在調(diào)控的gene; 并進(jìn)行g(shù)ene的功能富集分析;
7. 甲基化數(shù)據(jù)庫
1).?DNAmod: the DNA modification database
? ? 官網(wǎng)鏈接:??https://dnamod.hoffmanlab.org/
? ? 數(shù)據(jù)庫功能包括:?Searching for DNA modifications;?Covalently modified DNA nucleobases;?
????DNAmod包括可用測(cè)序方法的手動(dòng)注釋、它們?cè)谧匀唤缰谐霈F(xiàn)的描述僚害，并提供現(xiàn)有和建議的命名法硫椰。DNAmod使研究人員能夠快速回顧以前的工作，選擇繪圖技術(shù)萨蚕，并跟蹤有關(guān)修改的興趣基礎(chǔ)的最新發(fā)展靶草。
2).?SEanalysis: a web tool for super-enhancer associated regulatory analysis
? ? 官網(wǎng)鏈接:?http://licpathway.net/SEanalysis/
? ??SEanalysis描述了SE相關(guān)基因、與目標(biāo)SE結(jié)合的TFs及其上游途徑岳遥。當(dāng)前版本的SEanalysis包含來自540多種細(xì)胞/組織的330000多個(gè)SEs奕翔、來自這些細(xì)胞/組織的5042個(gè)TF芯片seq數(shù)據(jù)、來自10個(gè)數(shù)據(jù)庫的700個(gè)人類TFs和2880條通路的DNA結(jié)合序列模體浩蓉。SEanalysis支持通過SEs派继、樣本、TFs捻艳、途徑或基因進(jìn)行搜索驾窟。這些因素形成的復(fù)雜調(diào)控網(wǎng)絡(luò)可以交互可視化。此外认轨，我們開發(fā)了一個(gè)可定制的基因組瀏覽器绅络，其中包含超過6000個(gè)可定制的可視化軌跡。
????哈哈, 數(shù)據(jù)庫我還沒有測(cè)試哦 ~ 用過的大神可以動(dòng)動(dòng)您的小手, 將使用鏈接留在評(píng)論區(qū);
8. 小小的總結(jié)
1). DNA甲基化位點(diǎn)分析大同小異, 但各個(gè)公司的圖片精美程度, 將會(huì)為老師提供不同程度的美感體驗(yàn), 當(dāng)然也能從宏觀方面說明問題 (甲基化圖譜, 真可以畫的很漂亮);
2). DNA甲基化位點(diǎn)主要從基因調(diào)控表達(dá)層面發(fā)揮作用, 聯(lián)合普通轉(zhuǎn)錄組測(cè)序(polyA富集protein_coding gene并進(jìn)行建庫分析)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn): 甲基化調(diào)控區(qū)域, 力證甲基化調(diào)控結(jié)果(這也是目前很多公司的關(guān)聯(lián)分析切入口);
3). 但是, 細(xì)胞中的轉(zhuǎn)錄調(diào)控影響因子太多, DNA甲基化僅僅是基因沉默與否的切入口, 關(guān)于lncRNA對(duì)protein_coding gene的轉(zhuǎn)錄翻譯調(diào)控, promoter 對(duì)?protein_coding gene的轉(zhuǎn)錄調(diào)控; miRNA的降解, siRNA的干擾作用仍不能探索的面面俱到;?
4). 目前可用的數(shù)據(jù)庫越來越多(關(guān)于功能工具的, 關(guān)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫), 老師們不可錯(cuò)過哦;?
關(guān)于gene從農(nóng)場(chǎng)(DNA)到餐桌(產(chǎn)物蛋白)過程中的干擾因素以及變化規(guī)律仍迷霧重重; 即使不能面面俱到, 但感謝還在真心努力著的攀登者們;
鳴謝: 來自學(xué)者們的努力, 以及網(wǎng)絡(luò)圖片;
