DNA甲基化(DNA methylation)是指在DNA甲基化轉移酶的作用下，在基因組CpG二核苷酸的胞嘧啶5'碳位共價鍵結合一個甲基基團。為DNA化學修飾的一種形式，能夠在不改變DNA序列的前提下，改變遺傳表現。DNA甲基化能引起染色質結構、DNA構象、DNA穩定性及DNA與蛋白質相互作用方式的改變，從而控制基因表達。
Nature上一項新的研究揭示了一種跨染色質調節途徑，即NSD1（一種組蛋白甲基轉移酶）介導的H3K36me2是在基因間區域招募DNMT3A和維持DNA甲基化所必需的，并將異常的基因間CpG甲基化與人類腫瘤生長和過度發育相關聯在一起。
作者發現了一個有趣的現象：塔頓布朗拉赫曼綜合征(Tatton–Brown–Rahman syndrome, TBRS)是一種兒童過度生長障礙，是由生殖系統DNMT3A（DNA甲基轉移酶3A）突變導致的。兒童期巨腦畸形綜合征(Sotos syndrome)是由NSD1（組蛋白甲基轉移酶）的單倍劑量不足引起的。這兩種疾病具有相同的臨床特征，這就非常有意思了：這預示著組蛋白修飾和DNA甲基化修飾可能存在機制上的關聯性。
首先，研究人員通過全基因組分析和ChIP-seq分析方法發現，組蛋白甲基化修飾H3K36me2和H3K36me3的富集區域非常類似，且明顯區別于其他組蛋白甲基化修飾如H3K9me3和H3K27me3所劃分的區域。而且H3K36me2和H3K36me3水平與CpG甲基化呈正相關，這與之前報道的H3K36me3介導靶向DNMT3B的活性一致。然而，由于這種相互作用僅限于基因小體，染色質水平上的調控機制并不清楚。
在進一步的檢測和比較全基因組分析，發現H3K36me3在基因體中表現出特征性的富集，而H3K36me2則表現出更為彌散的分布，包括基因區和基因間區。與H3K36me3相比，DNMT3A選擇性富集在H3K36me2高水平區域。
接下來，就是我們的Alpha技術大顯身手的時候了。研究人員采用體外高靈敏度、勻相免疫AlphaLISA技術來闡明H3K36me2介導的DNMT3A募集特異性背后的機制。首先GST標記DNMT3A，純化后將GST-DNMT3A與生物素化的核小體（不同甲基化的H3K36）置于384孔板。依次加入谷胱甘肽受體微珠，鏈霉親和素供體微珠。避光反應60min后置于Envision多模式讀板儀中對信號進行檢測。
通過親和曲線分析可得知，DNMT3A與H3K36me2修飾的核小體的親和力高，其次是H3K36me3，但不與其他價態結合。這些結果表明DNMT3A可以識別H3K36兩種甲基化狀態，但對H3K36me2的親和力更強。
同時，作者也在體外NSD1突變細胞和臨床Sotos綜合癥病人的血樣本中驗證組蛋白H3K36甲基化與DNA甲基化修飾的相關性，揭示DNMT3A優先選擇H3K36二甲基化區域，促進基因間區的DNA甲基化。這一機制在疾病發生過程中有潛在的生物學意義。
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參考文獻
Weinberg D N, Papillon-Cavanagh S, Chen H, et al. The histone mark H3K36me2 recruits DNMT3A and shapes the intergenic DNA methylation landscape[J]. Nature, 2019, 573(7773): 281-286.
Dor Y, Cedar H. Principles of DNA methylation and their implications for biology and medicine[J]. Lancet. 2018
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