题名哺乳动物DNA N6-甲基腺嘌呤的分析与鉴定
作者刘晓玲
答辩日期2018-06
文献子类博士
授予单位中国科学院生态环境研究中心
授予地点北京
导师汪海林
关键词Dna N6-甲基腺嘌呤(6ma),小鼠胚胎干细胞(Mes),慢病毒,Hiv-1假病毒,多重免疫沉淀(Mrip) Dna N6-methyladenine (6ma), Mouse Embryonic Stem Cells (Mes), Lentivirus, Hiv-1 Pseudovirus, Multiple Immunoprecipitation (Mrip)
学位名称理学博士
其他题名Identification and Analysis of DNA N6-methyladenine in Mammal
学位专业分析化学
英文摘要

       2015年,我们在高等真核生物果蝇中发现  DNA  N6-甲基腺嘌呤(6mA)新修饰,同时人们在秀丽隐杆线虫基因组中也检测到 6mA。此时研究也发现果蝇、哈德莱茵衣藻和秀丽隐杆线虫基因组DNA 6mA具有激活基因表达或转座子表达的功能,表明 DNA 6mA是真核生物中潜在的表观遗传标记。随后,在斑马鱼和非洲爪蟾中也检测到 6mA修饰。虽然有报道猪胚胎细胞和小鼠胚胎干细胞中存在 DNA 6mA,但目前人们对于哺乳动物是否存在 DNA 6mA这一科学问题仍未得出结论。
      我们以小鼠胚胎干细胞(mESCs)为模型,利用本研究组发展的一种检测6mA的高灵敏度 UHPLC-MS/MS方法,寻找哺乳动物DNA6mA。在mES细胞中,我们可检测到 6mA,其含量约2.0-6.0 6mA/107dA。利用细胞周期同步化,发现 G1期   6mA水平升高,可达  1.0 – 2.6 6mA/106 dA。我们在人胚胎干细胞中也检测到 DNA 6mA。由此证明了胚胎干细胞中存在 6mA。
      利用稳定同位素标记的脱氧腺嘌呤核苷([15N5]-dA),在 mES细胞中没有检测到新的含有同位素标记的 6mA,暗示  mES细胞中的  6mA可能不是由甲基转移酶甲基化产生的;利用[13CD3] L-甲硫氨酸示踪,结果显示>50% 5mdC被标记成[13CD3]-5mC,但仍未检测到[13CD3]-6mA,再次表明 mES细胞中的6mA可能不是由甲基转移酶甲基化产生的。
      由以上结果,我们提出一个关键科学问题,小鼠胚胎干细胞中 6mA是如何产生的?为此,我们将细胞暴露于RNA m6A核苷、DNA   6mA脱氧核苷,均可检测到暴露基因组中6mA的增加。暴露于稳定同位素标记的6mA脱氧核苷([15N5]-6mA),可在基因组 DNA中检测[  15N5]-6mA的出现。暴露于含6mA的脱氧寡核苷酸链或含 RNAm6A寡核苷酸链,均检测到基因组中6mA的增加。这些结果表明,含N6-甲基腺嘌呤碱基的外源核苷/(脱氧)寡核苷酸在 mES细胞中经过一系列的核苷代谢途径可掺入到基因组中。在正常培养的 mESC中,我们并未检测到 N6-甲基腺嘌呤碱基相关的外源物质。mESC中6mA的产生仍是一个谜,有待进一步深入研究。
      由于在原核生物中 DNA  6mA的一个主要功能与宿主-病原体的相互作用有关,我们设想病毒的侵入是否可引起哺乳动物基因组 6mA的出现。我们以人类免疫缺陷病毒 1型(HIV-1)的假病毒和常见的慢病毒为模型。HIV-1假病毒基因组 gRNA在感染细胞内逆转录成   cDNA,然后整合进细胞的基因组DNA中。我们猜想 HIV-1假病毒感染细胞的整个过程是否改变宿主DNA甲基化水平,如DNA 6mA修饰。结果显示  HIV-1假病毒感染  Hela细胞后,未检测到DNA 6mA水平的变化;慢病毒感染  Hela细胞后,6mA呈现从无到有的增加。结果表明,病毒感染有可能产生 DNA 6mA,但具有病毒种类的依赖性。
      为了理解哺乳动物 DNA 6mA的来源及其分布与功能,我们需要发展相应的测序技术与方法。利用免疫沉淀法富集含 6mA的   DNA片段是一个极为关键的步骤。我们分析了五种 6mA抗体对  Dam-/-  lambda  DNA的富集效果,富集倍数为 5.3-37倍,然而我们发现在最终富集的   DNA中含有大量的不含  6mA修饰的DNA(73.5-94.6%)。理论上,残存的不含  6mA的片段以序列无关的方式随机地与抗体结合,不会被序列分析算法判为 6mA峰。实际上,大量不含  6mA片段的存在严重干扰 6mA峰的判定。为此,发展出一种多重免疫沉淀(MrIP)富集方法。利用这一方法,对 Dam-/- lambda DNA中的  6mA片段富集。经过两轮富集,每条  DNA片段含有一个或两个   6mA修饰。对于含有极低   6mA丰度的基因组DNA (0.44/106 nt)。经过三轮富集后,6mA水平升高约 9100倍,可达  0.4% (6mA/nt),也就是说最终富集的 DNA中有  60%的 DNA片段中含有  6mA修饰,并且富集的DNA质量约  13.7ng,已满足 DNA文库构建和基因组  DNA测序分析的需要。所发展的这种生物化学方法将在很大程度上减少 6mA峰有关的偏差,并且有利于6mA相关数据的挖掘,将极大地促进基因组  6mA测序分析。类似地,MrIP方法可用于各种 DNA修饰的基因组测序。

语种中文
页码88
内容类型学位论文
源URL[http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/41494]  
专题生态环境研究中心_环境化学与生态毒理学国家重点实验室
推荐引用方式
GB/T 7714
刘晓玲. 哺乳动物DNA N6-甲基腺嘌呤的分析与鉴定[D]. 北京. 中国科学院生态环境研究中心. 2018.
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