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線粒體DNA甲基化研究進(jìn)展

佚名 2024-06-04 23:56:30

2016年08月28日訊 DNA甲基化是表觀遺傳修飾的重要方式之一。線粒體是真核細(xì)胞內(nèi)的關(guān)鍵細(xì)胞器,線粒體DNA(mtDNA)編碼部分線粒體基因

,其 mtDNA 的甲基化修飾可能引起所編碼基因的異常表達(dá)
,從而參與調(diào)節(jié)生理和病理過程。近期來自西安交通大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的研究人員就目前 mtDNA甲基化及其在疾病中的研究進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)

DNA甲基化是調(diào)節(jié)基因表達(dá)的重要方式之一

,是指生物體在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNA methyltransferase, DNMT) 的催 化下 , 以 S- 腺苷甲硫氨酸(S-adenosylmethionine, SAM)為甲基供體
,將甲基轉(zhuǎn)移到特定堿基的過程

線粒體通過生物氧化為細(xì)胞提供能量

,也是真核細(xì)胞內(nèi)自由基生成及調(diào)控細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵細(xì)胞器。大量實驗證據(jù)提示
, 線粒體的結(jié)構(gòu)與功能改變
、動態(tài)變化等與神經(jīng)退行性病變及代謝型疾病等關(guān)系非常密切。線粒體是一種具有半自主性的細(xì)胞器
,有自身獨特的 DNA(mtDNA)
。1971 年,Vanyushin 等人研究表明
,動物(泥鰍(Misgurnus anguillicaudatus)胚胎)線粒體包含 5-甲基胞嘧啶(5-methylcytosine, 5mC)形成所必需的 DNMT, 推測 mtDNA很可能發(fā)生了甲基化
;隨后證明了牛心肌線粒體中 5mC 的存在。除了證明 mtDNA 中5mC 的存在
,一些相關(guān)報道還認(rèn)為線粒體 DNMT與核 DNMT存在諸多不同
。例如,mtDNMT對巰基乙醇的抑制作用更為敏感
,mtDNMT與核DNMT表現(xiàn)出了不同的 PH 依賴性[7], mtDNMT 與核DNMT識別不同的 DNA 序列
。 因此, 自 20 世紀(jì)70 年代中期以來
, 已經(jīng)確認(rèn)哺乳動物線粒體能夠發(fā)生甲基化
。然而,直到2011年
,核編碼的 DNMT1的一個線粒體同種型(mt-DNMT1) 的發(fā)現(xiàn) , 以及mtDNMT1在形成 5mC中作用的確認(rèn)
,mtDNA甲基化研究才逐漸引起學(xué)者的關(guān)注。

這篇文章主要討論 mtDNA甲基化與疾病之間的聯(lián)系

,從mtDNA 的結(jié)構(gòu)和特點
、mtDNA 的甲基化修飾、生理和病理條件下 mtDNA 的甲基化修飾
、體內(nèi)外環(huán)境與 mtDNA基化四個方面入手

其中關(guān)于空氣污染物與mtDNA甲基化,作者指出一項關(guān)于空氣污染物對mtDNA 甲基化影響的研究表明

,暴露在富含金屬顆粒的環(huán)境中(鋼鐵工人)
,可導(dǎo)致 12s rRNA 區(qū) mtDNA 甲基化的增加。深圳疾病預(yù)防控制中心Yang 等人發(fā)現(xiàn)
,鍍鉻工人與沒有特殊鉻酸接觸史的健康人群相比
,線粒體 MT-TF和 MT-RNR1 的甲基化水平顯著降低。多溴聯(lián)苯醚(polybrominated diphenyl ethers, PBDEs)是一組工業(yè)化學(xué)物
,廣泛應(yīng)用于各種行業(yè)
,如電子產(chǎn)品
、汽車零件、家具以及塑料阻燃劑等
。Byun等人研究指出
,實驗鼠暴露于多溴聯(lián)苯醚環(huán)境中,其線粒體 MT-CO2基因的 5mC 水平顯著降低
。 近期
,Byun 等人在一項對血液 mtDNA甲基化水平與空氣污染和心率變異(heart rate variability, HRV)的研究中發(fā)現(xiàn),mtDNA甲基化水平較高的HRV患者
,更容易受到 PM2.5 的影響

最后作者指出,目前

,mtDNA 的甲基化研究尚處于初期階段
,mtDNA 甲基化發(fā)生機制及與疾病關(guān)系等重要問題缺乏深入探索。此外
,除了 mtDNA 甲基化和羥甲基化的酶途徑之外
,線粒體內(nèi)自由基和氧化應(yīng)激是否也參與 5mC和5hmC 的形成?膳食結(jié)構(gòu)是否影響線粒體的表觀遺傳機制
?線粒體營養(yǎng)素如何通過調(diào)節(jié)mtDNA 甲基化影響線粒體功能
?上述問題的進(jìn)一步探索不僅是線粒體研究領(lǐng)域的重要科學(xué)問題,在線粒體相關(guān)疾病的防治方面也具有十分重要的意義

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