DNA甲基化(DNA methylation)是指在DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶的作用下，在基因組CpG二核苷酸的胞嘧啶5'碳位共價(jià)鍵結(jié)合一個(gè)甲基基團(tuán)。為DNA化學(xué)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(xiàn)。DNA甲基化能引起染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、DNA構(gòu)象、DNA穩(wěn)定性及DNA與蛋白質(zhì)相互作用方式的改變，從而控制基因表達(dá)。

Nature上一項(xiàng)新的研究揭示了一種跨染色質(zhì)調(diào)節(jié)途徑，即NSD1（一種組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶）介導(dǎo)的H3K36me2是在基因間區(qū)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(lèi)腫瘤生長(zhǎng)和過(guò)度發(fā)育相關(guān)聯(lián)在一起。

作者發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有趣的現(xiàn)象：塔頓布朗拉赫曼綜合征(Tatton–Brown–Rahman syndrome, TBRS)是一種兒童過(guò)度生長(zhǎng)障礙，是由生殖系統(tǒng)DNMT3A（DNA甲基轉(zhuǎn)移酶3A）突變導(dǎo)致的。兒童期巨腦畸形綜合征(Sotos syndrome)是由NSD1（組蛋白甲基轉(zhuǎn)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(yù)示著組蛋白修飾和DNA甲基化修飾可能存在機(jī)制上的關(guān)聯(lián)性。

首先，研究人員通過(guò)全基因組分析和ChIP-seq分析方法發(fā)現(xiàn)，組蛋白甲基化修飾H3K36me2和H3K36me3的富集區(qū)域非常類(lèi)似，且明顯區(qū)別于其他組蛋白甲基化修飾如H3K9me3和H3K27me3所劃分的區(qū)域。而且H3K36me2和H3K36me3水平與CpG甲基化呈正相關(guān)，這與之前報(bào)道的H3K36me3介導(dǎo)靶向DNMT3B的活性一致。然而，由于這種相互作用于基因小體，染色質(zhì)水平上的調(diào)控機(jī)制并不清楚。

在進(jìn)一步的檢測(cè)和比較全基因組分析，發(fā)現(xiàn)H3K36me3在基因體中表現(xiàn)出特征性的富集，而H3K36me2則表現(xiàn)出更為彌散的分布，包括基因區(qū)和基因間區(qū)。與H3K36me3相比，DNMT3A選擇性富集在H3K36me2高水平區(qū)域。

接下來(lái)，就是我們的獨(dú) 家法寶Alpha技術(shù)大顯身手的時(shí)候了。研究人員采用體外高靈敏度、勻相免疫AlphaLISA技術(shù)來(lái)闡明H3K36me2介導(dǎo)的DNMT3A募集特異性背后的機(jī)制。首先GST標(biāo)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(yīng)60min后置于Envision多模式讀板儀中對(duì)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。

通過(guò)親和曲線(xiàn)分析可得知，DNMT3A與H3K36me2修飾的核小體的親和力Z高，其次是H3K36me3，但不與其他價(jià)態(tài)結(jié)合。這些結(jié)果表明DNMT3A可以識(shí)別H3K36兩種甲基化狀態(tài)，但對(duì)H3K36me2的親和力更強(qiáng)。

同時(shí)，作者也在體外NSD1突變細(xì)胞和臨床Sotos綜合癥病人的血樣本中驗(yàn)證組蛋白H3K36甲基化與DNA甲基化修飾的相關(guān)性，揭示DNMT3A優(yōu)先選擇H3K36二甲基化區(qū)域，促進(jìn)基因間區(qū)的DNA甲基化。這一機(jī)制在疾病發(fā)生過(guò)程中有潛在的生物學(xué)意義。

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參考文獻(xiàn)

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