5-hydroksymetylocytozyna (5hmC), przekształcana z 5-metylocytocyny (5mC) przez dioksygenazy z rodziny Tet (Tet1, Tet2 i Tet3), jest wzbogacona w embrionalne komórki macierzyste (ESC) i w mózgu. (ESC) i w mózgu. Jednak rola 5hmC i rodziny Tet w procesie różnicowania ESC, zwłaszcza neuronów procesie różnicowania ESC, zwłaszcza różnicowania neuronalnego, pozostaje nieuchwytna. Tutaj wykazaliśmy, że Tet3 ma kluczowe znaczenie w utrzymaniu neuronalnych komórek progenitorowych (NPC) i terminalnym różnicowaniu neuronów. (NPC) i końcowym różnicowaniu neuronów. Stwierdziliśmy, że ekspresja Tet3 jest w zasadzie niewykrywalna w ESC, ale jej poziom wzrasta gwałtownie podczas różnicowania neuronów. ESC z nokautem Tet3 wydają się normalne w samoodnowy i utrzymania, ale upośledzone w różnicowaniu neuronów. NPC mogą być skutecznie indukowane z ESC z nokautem Tet3, ponieważ ekspresja markera NPC markera Pax6 i nestyny jest porównywalna z NPC z ESC typu dzikiego, ale podlegają apoptozie, a końcowe różnicowanie neuronów jest znacznie znacznie zmniejszone. Nasze wyniki wskazują, że Tet3 jest ważny dla utrzymania NPC i końcowego różnicowania neuronów. końcowego różnicowania neuronów. --- 5-metylocytozyna (5 mC) w genomowym DNA pełni ważne funkcje epigenetyczne w biologii rozwoju embrionalnym i biologii nowotworów. 5-hydroksymetylocytozyna (5 hmC) jest generowana z 5 mC przez działanie enzymów TET (Ten-Eleven-Translocation) i może być półproduktem do dalszego utleniania i ostatecznie demetylacji 5 mC. Zastosowaliśmy immunohistochemię (IHC) i spektrometrię masową opartą na izotopowej chromatografii cieczowej (IHC). spektrometrię mas opartą na izotopowej chromatografii cieczowej (LC-MS) w celu zbadania obecności i dystrybucji 5 hmC w ludzkim mózgu i guzach mózgu. W normalnym dorosłym mózgu, IHC zidentyfikowało 61,5% 5 hmC pozytywnych komórek w korze mózgowej i 32,4% 5 hmC w obszarach istoty białej (WM). W guzach, dodatnie barwienie komórek wahało się od 1,1% w glejakach wielopostaciowych (GBM) (stopień IV wg WHO) do 8,9% w glejakach stopnia I (gwiaździaki pilocytarne). W normalnym mózgu dorosłego człowieka LC-MS również wykazał najwyższe wartości w obszarach korowych (1,17% 5 hmC/dG [dezoksyguanozyna]), w mózgowej WM mózgu zmierzyliśmy około 0,70% 5 hmC/dG. poziomy były związane z różnicowaniem guza od najniższych wartości 0,078% 5 hmC/dG w GBM (WHO WHO) do 0,24% 5 hmC/dG w rozlanych gwiaździakach WHO stopnia II. Pomiary 5 hmC nie były powiązane z wartościami 5 mC. Stwierdziliśmy, że liczba 5 hmC i ilość 5 hmC/dG w genomie, które zostały zaproponowane jako być związane z pluripotencją i zaangażowaniem linii w embrionalnych komórkach macierzystych, jest również jest również związana z różnicowaniem guza mózgu i anaplazją. --- 5-hydroksymetylocytozyna (5hmC), utleniona pochodna 5-metylocytozyny (5mC), została uznana za ważny epigenetyczny regulator rozwoju ssaków. rozwoju ssaków. Obecne procedury wykorzystują metody sekwencjonowania DNA do odróżnienia 5hmC od 5mC, co ogranicza ich dostępność dla społeczności naukowej. Tutaj my metodę, która łączy konwersję dwusiarczynu wspomaganą przez TET z macierzami metylacji DNA Illumina 450K w celu uzyskania taniego, wysokoprzepustowego podejścia, które rozróżnia sygnały 5hmC i 5mC w rozdzielczości bazowej. Wdrożenie tego podejście, określane jako "TAB-array", oceniliśmy dynamikę metylacji DNA w różnicowaniu ludzkich pluripotencjalnych komórek macierzystych do progenitorów sercowo-naczyniowych i neuronalne komórki prekursorowe. Dzięki zdolności do rozróżniania 5mC i 5hmC, zidentyfikowaliśmy zidentyfikowaliśmy dużą liczbę nowych dynamicznie metylowanych regionów genomowych, które są zaangażowane w rozwój tych linii. Zwiększona rozdzielczość i dokładność zapewniona przez to podejście zapewnia potężne środki do badania różny wkład 5mC i 5hmC w rozwój i choroby człowieka. --- Enhancery to kontrolowane rozwojowo transkrypcyjne regiony regulatorowe których aktywność jest modulowana poprzez modyfikacje histonów lub odkładanie wariantów histonów odkładanie. W tym badaniu pokazujemy poprzez mapowanie całego genomu, że nowo odkryta modyfikacja kwasu dezoksyrybonukleinowego (DNA) 5-hydroksymetylocytozyna (5hmC) jest dynamicznie związana z wiązaniem czynnika transkrypcyjnego do dystalnych miejsc regulatorowych podczas różnicowania neuronalnego mysich komórek P19 i podczas różnicowania adipocytów mysich komórek 3T3-L1. Adnotacja funkcjonalna ujawnia że regiony zyskujące 5hmC są związane z genami wyrażanymi w tkankach neuronalnych, gdy komórki P19 tkankach, gdy komórki P19 przechodzą różnicowanie neuronalne lub w tkance tłuszczowej, gdy komórki komórki 3T3-L1 ulegają różnicowaniu w adipocyty. Ponadto, dystalne regiony zyskujące 5hmC wraz z H3K4me2 i H3K27ac w komórkach P19 zachowują się jak zależne od różnicowania wzmacniacze transkrypcji. Zidentyfikowane regiony są wzbogacone w motywy dla czynników transkrypcyjnych regulujących specyficzne losy komórek, takich jak Meis1 w komórkach P19 i PPARγ w komórkach 3T3-L1. Odpowiednio, frakcja hydroksymetylowanych miejsc Meis1 była związana z dynamicznym zaangażowaniem hydroksylocytozyny hydroksylazy 5-metylocytozyny Tet1. Ponadto, badania kinetyczne hydroksymetylacji cytozyny hydroksymetylacji cytozyny wybranych enhancerów wskazały, że hydroksymetylacja DNA jest wczesnym etapem aktywacji enhancera. W związku z tym, nabycie 5hmC w specyficznych dla komórek dystalnych regionach regulatorowych może reprezentować główne wydarzenie wzmacniacza w kierunku stanu aktywnego i uczestniczyć w selektywnej aktywacji genów genów specyficznych dla tkanki. --- 5-hydroksymetylocytozyna (5hmC) jest modyfikacją zidentyfikowaną u kręgowców kilkadziesiąt lat temu. Niedawno zaczęła się pojawiać możliwa rola 5hmC jako modyfikatora epigenetycznego epigenetycznego i/lub regulatora transkrypcji, ze zmienionymi poziomami we wczesnym rozwoju embrionalnym i we wczesnym rozwoju embrionalnym, różnicowaniu embrionalnych komórek macierzystych (ES) i nowotworach (Tahiliani i in., 2009; Yang i in., 2012). Równowaga między 5hmC i 5-metylocytozyną (5mC) w promotorach genów i wyspach CpG w genomie wydaje się być powiązana z pluripotencją i zaangażowaniem liniowym komórki (Ito i in., 2010). al, 2010). Jednak białka ze zdolnością wiązania 5hmC nie zostały jeszcze zidentyfikowane. i zaproponowano, że 5hmC może być tylko reakcją pośrednią w procesie demetylacji. pośrednią w procesie demetylacji (He i in., 2011; Ito i in., 2011). W ciągu ostatnich kilku lat wykazano, że białka z rodziny translokacji ten-eleven (Tet) są odpowiedzialne za konwersję 5mC do 5hmC (Iyer i in, 2009; Loenarz i Schofield, 2009; Tahiliani i wsp., 2009). Jednakże, w jaki sposób białka z rodziny Tet i 5hmC są powiązane z regulacją transkrypcji jest obecnie nie jest jasne. --- Metylacja DNA w pozycji 5 cytozyny (5mC) w genomie ssaków jest kluczowym zdarzeniem epigenetycznym kluczowym wydarzeniem epigenetycznym krytycznym dla różnych procesów komórkowych. Rodzina dziesięciu-jedenaście (Tet), które przekształcają 5mC w 5-hydroksymetylocytozynę (5-hydroksymetylocytozynę). 5-hydroksymetylocytozyny (5hmC), oferuje sposób na dynamiczną regulację metylacji DNA. metylacji DNA. Tutaj donosimy, że Tet1 wiąże się do niezmodyfikowanego C lub 5mC- lub 5hmC zmodyfikowanym DNA bogatym w CpG poprzez swoją domenę CXXC. Mapowanie w całym genomie Tet1 i 5hmC ujawnia mechanizmy, za pomocą których Tet1 kontroluje poziomy 5hmC i 5mC w mysich embrionalnych komórkach macierzystych myszy (mESC). Odkryliśmy również kompleksową sieć genów na którą wpływa Tet1. Łącznie nasze dane sugerują, że Tet1 kontroluje metylację DNA zarówno poprzez wiązanie się z regionami bogatymi w CpG, aby zapobiec niepożądanej aktywności metylotransferazy DNA metylotransferazy DNA, a także poprzez konwersję 5mC do 5hmC poprzez aktywność hydroksylazy aktywność. Ten antagonizm metylacji CpG, w którym pośredniczy Tet1, zapewnia zróżnicowane utrzymanie stanu metylacji DNA w miejscach docelowych Tet1, ostatecznie przyczyniając się do do różnicowania mESC i początku rozwoju embrionalnego. --- Informacje o autorze: (1)Department of Orthodontics, Peking University School & Hospital of Peking University School & Hospital of Stomatology, #22 Zhongguancun South Avenue, Pekin 100081, Chiny; Department of Anatomy and Cell Biology, University of Pennsylvania, School of Dental Medicine, 240 South 40(th) Street, Philadelphia, PA 19104, USA; Center for Craniofacial Molecular Biology, Ostrow School of Dentistry, University of Southern California, 2250 Alcazar California, 2250 Alcazar Street, CSA 103, Los Angeles, CA 90033, USA. (2)Center for Craniofacial Molecular Biology, Ostrow School of Dentistry, University of Southern California, 2250 Alcazar Street, CSA 103, Los Angeles, CA 90033, USA. (3)Department of Molecular Microbiology and Immunology, University of Southern California, 2011 California, 2011 Zonal Avenue, Los Angeles, CA 90033, USA. (4) National Institute of Dental and Craniofacial Research, NIH, 30 Convent Drive, MSC 4352 Bethesda, MD 20892, USA. (5) Laboratorium Regeneracji Tkanek i Immunologii oraz Katedra Periodontologii, Szkoła Stołecznego Uniwersytetu Medycznego. Periodontics, Capital Medical University School of Stomatology, #4 Tiantanxili Avenue, Pekin 100050, USA. Avenue, Pekin 100050, Chiny. (6)Department of Anatomy and Cell Biology, University of Pennsylvania, School of Dental Medicine, 240 South 40(th) Street, Philadelphia, PA 19104, USA; Centrum Biologii Molekularnej Craniofacial, Ostrow School of Dentistry, University of Południowej Kalifornii, 2250 Alcazar Street, CSA 103, Los Angeles, CA 90033, USA. (7)Department of Orthodontics, Peking University School & Hospital of Peking University School & Hospital of Stomatology, #22 Zhongguancun South Avenue, Pekin 100081, Chiny. (8) Norris Medical Library, Keck School of Medicine, University of Southern California, 2003 Zonal Avenue, Los California, 2003 Zonal Avenue, Los Angeles, CA 90033, USA. (9)Department of Orthodontics, Peking University School & Hospital of Peking University School & Hospital of Stomatology, #22 Zhongguancun South Avenue, Pekin 100081, Chiny. Elektroniczny adres: yanhengzhou@gmail.com. (10)Department of Anatomy and Cell Biology, University of Pennsylvania, School of Dental Medicine, 240 South 40(10) of Dental Medicine, 240 South 40(th) Street, Philadelphia, PA 19104, USA; Centrum Biologii Molekularnej Craniofacial, Ostrow School of Dentistry, University of Południowej Kalifornii, 2250 Alcazar Street, CSA 103, Los Angeles, CA 90033, USA. Adres elektroniczny: songtaos@dental.upenn.edu. --- Modyfikacja DNA przez 5-metylocytozynę (5mC) odgrywa istotną rolę w różnicowaniu komórek różnicowaniu i rozwoju komórek poprzez epigenetyczną regulację genów. 5mC może być do innej zmodyfikowanej zasady, 5-hydroksymetylocytozyny (5hmC), przez rodzinę dioksygenaz tet dioksygenazę metylocytozyny (Tet). Warto zauważyć, że równowaga między 5hmC i 5mC w genomie jest powiązana z procesami różnicowania komórek, takimi jak pluripotencja i podział na linie. Wcześniej informowaliśmy, że matczyny czynnik PGC7 (znany również jako Dppa3, Stella) jest wymagany do utrzymania metylacji DNA we wczesnej embriogenezie i chroni 5mC przed konwersji do 5hmC w matczynym genomie. Tutaj pokazujemy, że PGC7 chroni 5mC przed konwersją do 5hmC za pośrednictwem Tet3 poprzez wiązanie się z matczyną chromatyną zawierającej dimetylowaną lizynę 9 histonu H3 (H3K9me2) u myszy. Ponadto, wdrukowane loci, które są oznaczone H3K9me2 w dojrzałych plemnikach, są chronione przez wiązanie PGC7 we wczesnej embriogenezie. Ten rodzaj mechanizmu regulacyjnego może być zaangażowany w modyfikacje DNA w komórkach somatycznych, jak również we wczesnych zarodkach. --- Informacje o autorze: (1)Department of Signaling and Gene Expression (Departament Sygnalizacji i Ekspresji Genów), La Jolla Institute for Allergy i Immunologii, La Jolla, CA 92034; (2)Department of Signaling and Gene Expression, La Jolla Institute for Allergy and Immunology, La Jolla, CA 92034;La Jolla Institute for Allergy and Immunology, CA 92034 i Immunologii, La Jolla, CA 92034; Department of Information and Computer Science, Aalto University School of Science, CA 92034. Department of Information and Computer Science, Aalto University School of Science, FI-00076 Aalto, Finlandia; (3)Department of Signaling and Gene Expression, La Jolla Institute for Allergy and Immunology, La Jolla i Immunologii, La Jolla, CA 92034; Sanford Consortium for Regenerative Medicine, La Jolla, CA 92037; (4) Instytut Medyczny Howarda Hughesa, Departament Biologii Molekularnej, Komórkowej i Biologii Rozwojowej oraz Eli i Edythe Broad Center of Regenerative Medicine and Stem Cell Research, University of California, Los Angeles, CA 90095; oraz. (5)Department of Information and Computer Science, Aalto University School of Science, FI-00076 Aalto. School of Science, FI-00076 Aalto, Finlandia; (6)Department of Signaling and Gene Expression, La Jolla Institute for Allergy and Immunology, La Jolla i Immunologii, La Jolla, CA 92034; Sanford Consortium for Regenerative Medicine, La Jolla, CA 92037;Department of Pharmacology and Moores Cancer Center, University of California, San Diego, La Jolla, CA 92093 arao@liai.org.
Jaka jest rola 5hmC (5 hydroksy-metylo-cytocyny) w różnicowaniu?
Równowaga między 5hmC i 5mC w genomie jest powiązana z procesami różnicowania komórek, takimi jak pluripotencja i podział na linie. Antagonizm metylacji CpG, w którym pośredniczy Tet1, zapewnia zróżnicowane utrzymanie stanu metylacji DNA w miejscach docelowych Tet1, ostatecznie przyczyniając się do różnicowania mESC i początku rozwoju embrionalnego. Mapując metylację DNA i hydroksymetylację z rozdzielczością zasad, stwierdzamy, że delecja Tet2 powoduje rozległą utratę 5hmC w enhancerach, czemu towarzyszy hipermetylacja enhancera, zmniejszenie aktywności enhancera i opóźniona indukcja genów na wczesnych etapach różnicowania.