幾十年來，DNA一直被認(rèn)為是決定生命遺傳信息的核心物質(zhì)，但是近些年的研究表明，生命遺傳信息從來就不是基因所能完全決定的，比如科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，可以在不影響DNA序列的情況下改變基因組的修飾，這種改變不僅可以影響個(gè)體的發(fā)育，而且還可以遺傳下去。這種在基因組的水平上研究表觀遺傳修飾的領(lǐng)域被稱為“表觀基因組學(xué)”。

2008年早期，美國國家衛(wèi)生研究院NIH宣布了一項(xiàng)涉及1.9億元，時(shí)間長達(dá)5年的表觀遺傳學(xué)項(xiàng)目。今天這些努力開始初見成效，NIH共同基金與一些私人研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)資助了68項(xiàng)表觀遺傳學(xué)項(xiàng)目，獲得了52份表觀遺傳圖譜（不同細(xì)胞類型DNA甲基化和組蛋白修飾圖譜），而且更重要的是，通過這些研究，我們獲得了大量新型表觀遺傳學(xué)和表觀基因組學(xué)的分析技術(shù)，令我們更清楚的了解了基因組水平上細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的事件。正如NIH共同基金辦公室主任James Anderson所說的那樣，這些才是花費(fèi)上百萬美元的真正收獲。

由此Science雜志特以“Epigenomics: The New Technologies of Chromatin Analysis”為題，總結(jié)概況了這些技術(shù)，文章分為甲基化分析，組蛋白分析，以及分離分選技術(shù)。

前文：Science總結(jié)染色質(zhì)檢測新技術(shù)：甲基化篇

組蛋白分析

美國NIH表觀遺傳基因組學(xué)項(xiàng)目的另外一項(xiàng)資助給了北卡羅萊納州大學(xué)醫(yī)學(xué)院的Brian Strahl副教授，通過與其同事陳冼（Xian Chen，音譯）的合作，Strahl發(fā)現(xiàn)了新型表觀遺傳標(biāo)記。

“我們希望解決的問題之一，就是了解是否還有一些未被發(fā)現(xiàn)的組蛋白修飾新位點(diǎn)，”Strahl解釋道，“這很重要，因?yàn)橐嬲斫獗碛^基因組學(xué)，甚至表觀遺傳學(xué)，必須首先要了解組蛋白所有的修飾是如何開始的?！?/SPAN>

換句話說，在不知道哪里出現(xiàn)了修飾的情況下，是無法繪制這些修飾的，這有兩種情況：新位點(diǎn)的已知修飾，和新修飾類型。

為了找到這兩種類型，許多研究人員采用了質(zhì)譜的方法。比如，Strahl等人就利用了Bruker Daltonics公司的傅里葉變換離子回旋共振（FT-ICR）質(zhì)譜儀，完成了top-down蛋白質(zhì)組學(xué)分析，在釀酒酵母中發(fā)現(xiàn)了組蛋白H2B賴氨酸37出現(xiàn)了一個(gè)之前未被發(fā)現(xiàn)的修飾。

“我們發(fā)現(xiàn)了這個(gè)特殊的賴氨酸”，Strahl說，“但是不幸的是，我們無法將其與任何特殊生物學(xué)現(xiàn)象聯(lián)系在一起，這只是一個(gè)新修飾而已”。

當(dāng)然這并不是說這個(gè)修改不重要，“細(xì)胞花費(fèi)了這么多ATP，在這個(gè)殘基上加入了這樣一個(gè)特定修飾，那肯定是有它的理由的”。

此外這項(xiàng)研究還顯示有一種被稱為UHRF1的蛋白參與了表觀遺傳學(xué)標(biāo)簽的維持。UHRF1是一種重要的表觀遺傳學(xué)調(diào)控因子，在確保DNA甲基化正確復(fù)制、調(diào)控異染色質(zhì)功能和基因表達(dá)中發(fā)揮著重要的作用。

在另外一項(xiàng)研究中，科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)了一些全新的修飾：來自芝加哥大學(xué)的趙英明教授利用高通量質(zhì)譜分析方法，在組蛋白上發(fā)現(xiàn)了幾種新型翻譯后修飾，包括2007年發(fā)現(xiàn)的賴氨酸丙酰化和丁?；?/SPAN>butyrylation，以及2011年發(fā)現(xiàn)的crotonylation，還有2012年發(fā)現(xiàn)的賴氨酸琥珀?；?/SPAN>succinylation和malonylation。

目前趙英明研究員也在中國科學(xué)院上海藥物所任職，是目前世界上發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)新修飾最多的實(shí)驗(yàn)室。

趙英明研究組針對賴氨酸巴豆?；?/SPAN>crotonylation修飾的研究，實(shí)際上可以作為研究人員要分析計(jì)算機(jī)到底告訴了我們什么信息的一個(gè)范例，因?yàn)橼w等在這項(xiàng)研究中所進(jìn)行的認(rèn)真分析使其獲得了一項(xiàng)重要的發(fā)現(xiàn)，也發(fā)表了一篇Cell文章。

當(dāng)時(shí)，趙英明研究組已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了賴氨酸的butyrylation修飾，為了能繪制出這些修飾位點(diǎn)，研究人員利用先進(jìn)的Thermo Scientific的LTQ Orbitrap Velos系統(tǒng)，進(jìn)行了深入研究。通常這種類型的研究，研究人員主要是依賴于計(jì)算機(jī)來篩選數(shù)據(jù)，并分析可能出現(xiàn)修飾的離子質(zhì)量。這要是通過手工來完成，顯然太費(fèi)時(shí)費(fèi)力了。但是由于計(jì)算機(jī)也會出現(xiàn)錯(cuò)誤，因此這一研究組進(jìn)行了兩次檢查。

當(dāng)他們檢查到頻譜分配的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)了一些數(shù)據(jù)不能完全匹配，他們并沒有放過這個(gè)細(xì)節(jié)，由此發(fā)現(xiàn)了一種新修飾：巴豆?；?。

之后研究組成員利用一種自制的“pan-crotonyl”抗體，通過ChIP-seq追蹤了基因組中這一標(biāo)記的分布，發(fā)現(xiàn)了其與轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)，增強(qiáng)子，激活基因有關(guān)，而且“也在減數(shù)分裂后雄性生殖細(xì)胞的基因表達(dá)重編程中扮演了重要角色”，他說。