自DNA的“第六種堿基”被揭示出來(lái)，遺傳學(xué)家們就面對(duì)著一個(gè)相似的問(wèn)題。構(gòu)成DNA的其中一種堿基胞嘧啶的兩種修飾看起來(lái)幾乎相同，然而卻意味著不同的事物。而科學(xué)家們卻尚未獲得一種途徑來(lái)逐個(gè)逐個(gè)堿基讀取DNA，詳細(xì)檢測(cè)這些修飾在特異組織或細(xì)胞類型中的位置。

現(xiàn)在由來(lái)自芝加哥大學(xué)、加州大學(xué)圣地亞哥分校路德維希癌癥研究所和埃默里大學(xué)的科學(xué)家們組成的一個(gè)研究小組開(kāi)發(fā)和檢測(cè)了一項(xiàng)能夠完成這一任務(wù)的新技術(shù)。研究結(jié)果在線發(fā)布在5月17日的《細(xì)胞》（Cell）雜志上。

研究小組利用這一技術(shù)對(duì)來(lái)自人類和小鼠胚胎干細(xì)胞的DNA中的5-甲基胞嘧啶(5-mC)和5-羥甲基胞嘧啶(5-hmC)進(jìn)行了定位，揭示了關(guān)于它們分布模式的新信息。研究表明這些DNA修飾在諸如細(xì)胞分化、癌癥和腦功能等基本生命過(guò)程中發(fā)揮了重要的作用。

芝加哥大學(xué)化學(xué)系教授何川（Chuan He）說(shuō)：“它們調(diào)控了基因表達(dá)，對(duì)于干細(xì)胞發(fā)育、各種人類疾病如癌癥以及潛在對(duì)于神經(jīng)退行性被疾病產(chǎn)生了廣泛的影響。它們甚至可能影響了人類大腦的發(fā)育?！?/SPAN>

幾十年來(lái)科學(xué)家們一直在致力研究5-mC的模式，是表觀遺傳學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)重要部分。然而數(shù)年前研究人員還只知道5-hmC以顯著的水平存在于我們DNA中。科學(xué)家們常常在關(guān)閉的基因上發(fā)現(xiàn)5-mC，它幫助沉默了不應(yīng)該被開(kāi)啟的基因。與之相反，5-hmC似乎富集在活躍的基因上，尤其是腦細(xì)胞中。此外，可將5-mC轉(zhuǎn)換為 5-hmC的Tet酶如果發(fā)生缺陷則可以驅(qū)動(dòng)白血病形成，表明5-hmC改變?cè)诎┌Y中起重要作用。

新論文描述了一種可用于直接檢測(cè)5-hmC的稱之為TAB-Seq的新方法，并呈獻(xiàn)了第一張單堿基分辨率的5-hmC全基因組圖譜。何川和他的三名學(xué)生設(shè)想和開(kāi)發(fā)了這項(xiàng)技術(shù)，當(dāng)前正在對(duì)他們的這項(xiàng)發(fā)明申請(qǐng)專利；芝加哥大學(xué)和位于芝加哥的Wisegene合作正進(jìn)一步開(kāi)發(fā)這項(xiàng)技術(shù)。

表觀遺傳學(xué)領(lǐng)域的研究人員期待TAB-Seq將對(duì)他們的研究工作產(chǎn)生重大影響。

薩克生物研究所教授Joseph Ecker（未參與該研究）說(shuō)：“這是一個(gè)重大的突破，TAB-Seq利用了廣泛認(rèn)可的新一代DNA測(cè)序方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)哺乳動(dòng)物基因組所有5-hmC的精確定位。該研究清楚地表明獲得關(guān)于這一了解甚少的表觀遺傳學(xué)調(diào)控因子的有用信息需要以堿基水平的精確度來(lái)測(cè)定5hmC的確切位置。我希望他們的新方法即將獲得廣泛應(yīng)用?！?/SPAN>

另外兩個(gè)研究團(tuán)隊(duì)，來(lái)自加州大學(xué)圣地亞哥分校路德維希癌癥研究所的任兵（Bing Ren，生物通音譯）實(shí)驗(yàn)室將TAB-Seq應(yīng)用到了人類胚胎干細(xì)胞，而埃默里大學(xué)的金鵬（Peng Jin，生物通音譯）研究小組則將這一方法應(yīng)用到了小鼠胚胎干細(xì)胞中。

過(guò)去的研究顯示5-hmC存在于開(kāi)啟的基因上?，F(xiàn)在，增高的分辨率和隨后對(duì)于小鼠和人類胚胎干細(xì)胞的研究揭示相比于基因其他被讀取為RNA的部分，5-hmC最常存在于調(diào)控基因活性的增強(qiáng)子上。

“利用這種新技術(shù)我們知道了這種修飾在基因組中稱為增強(qiáng)子的區(qū)域最為豐富。hmC的這種潛在的調(diào)控作用或可解釋其在胚胎干細(xì)胞中的重要性，以及為何它的破壞有可能導(dǎo)致白血病發(fā)生，”任兵實(shí)驗(yàn)室博士后研究人員Gary Hon說(shuō)。Gary Hon負(fù)責(zé)對(duì)人類胚胎干細(xì)胞中的5hmC進(jìn)行了全基因組分析。

與5-mC的另一個(gè)區(qū)別是5-hmC通常只存在于DNA的一側(cè)。與之相反，5-mC通常呈對(duì)稱分布?？傮w上說(shuō)，5-hmC的豐度相比5-mC要少大約14倍。研究小組利用這項(xiàng)新技術(shù)發(fā)現(xiàn)甚至在5-hmC最為豐富的位點(diǎn)，仍然只有5-mC頻率的五分之一。

此前的研究發(fā)現(xiàn)5-hmC在腦細(xì)胞中的豐度相比于干細(xì)胞中要多10倍，因此它有可能在腦細(xì)胞中發(fā)揮了尤其重要的作用。金鵬實(shí)驗(yàn)室利用這項(xiàng)新技術(shù)在發(fā)育大腦中精確繪制了5-hmC。

“要真正看到5-hmC可能具有的各種功能，我們還需要在諸如大腦發(fā)育等過(guò)程中觀測(cè)它是如何隨著時(shí)間推移出現(xiàn)和消失的。新技術(shù)將使我們和其他研究人員能夠深入，并以高分辨率獲得這些信息，”埃默里大學(xué)人類遺傳學(xué)副教授金鵬說(shuō)。