表觀遺傳學(xué)特指會(huì)造成基因表達(dá)發(fā)生改變且不在 DNA 內(nèi)進(jìn)行編碼的遺傳修飾,。廣義上包括組蛋白修飾、DNA修飾和RNA修飾以及miRNA等參與的表觀遺傳調(diào)控,。

組蛋白乙?；?/a>在調(diào)節(jié)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)錄活動(dòng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶 (HAT) 作用下的組蛋白高度乙?；c轉(zhuǎn)錄激活相關(guān),，而組蛋白去乙酰化酶 (HDAC) 作用下的組蛋白去乙?；瘎t與轉(zhuǎn)錄抑制相關(guān),。

組蛋白甲基化的精氨酸與賴氨酸殘基是形成基因組的活性區(qū)與非活性區(qū)的主要決定因素。甲基化功能是激活還是沉默取決于不同位點(diǎn),，如轉(zhuǎn)錄激活相關(guān)的H3K4,、K36、K79,；轉(zhuǎn)錄沉默相關(guān)的H3K9,、 K27、H4K20）,。而甲基化程度也與不同的轉(zhuǎn)錄效應(yīng)相關(guān),。

與組蛋白修飾功能相關(guān)的靶點(diǎn)包括三大類，即writers（催化修飾形成）,，erasers（去除催化）以及readers（識(shí)別修飾介導(dǎo)生物學(xué)過程）,。點(diǎn)擊查看：組蛋白組蛋白 H3 的表觀遺傳學(xué)“編寫酶”和“去除酶”；組蛋白 H2A,、H2B 和 H4 的表觀遺傳學(xué)“編寫酶”和“去除酶”,。

另外，調(diào)節(jié)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)是調(diào)控轉(zhuǎn)錄激活和抑制的必要部分,。通過 ATP 依賴的染色質(zhì)重塑物（例如：NuRD,、Polycomb 和 SWI/SNF 復(fù)合體）破壞組蛋白-DNA互作。這些重塑物已被證實(shí)能夠調(diào)控基因活化/抑制,、細(xì)胞生長(zhǎng),、細(xì)胞周期和分化。

在組蛋白甲基化發(fā)育過程中對(duì)基因組進(jìn)行適當(dāng)編程很重要，而甲基化機(jī)制的異常調(diào)節(jié)可導(dǎo)致如癌癥等疾病狀態(tài),。事實(shí)上,，惡性腫瘤基因組分析揭示了在 H3K27 和 H3K36 中的賴氨酸突變。

表觀遺傳途徑中的突變是常見的致癌驅(qū)動(dòng)因子,。癌性組蛋白是具有致癌特征的突變組蛋白,，可影響染色質(zhì)總體特征，并驅(qū)動(dòng)基因表達(dá)改變引起的腫瘤發(fā)生,。78% 的彌漫性內(nèi)生性腦橋膠質(zhì)瘤 (DIPG) 含有一個(gè)組蛋白 H3 癌性組蛋白,，其中 Lys 27 因錯(cuò)義突變被替代為蛋氨酸，影響其被甲基化的能力并抑制基因表達(dá),。

H3K27M 是一種癌性組蛋白,，該蛋白中的突變導(dǎo)致腫瘤發(fā)展,，其原因是Ezh2不再能夠甲基化組蛋白以及基因表達(dá)異常上調(diào),。

H3K27 甲基化改變主要是因?yàn)榛蚪M中的 Ezh2 錯(cuò)位,，可通過 ChIP-seq 分析予以確認(rèn)。已發(fā)現(xiàn) EZH2 和 H3K27me3 在染色質(zhì)中相互結(jié)合,。圖2顯示了 EZH2 和 H3K27me3 在 MYT1 基因中的結(jié)合,。

圖2

Ezh2 過表達(dá)在包括乳腺癌在內(nèi)的許多癌癥中發(fā)揮作用,，它將甲基基團(tuán)添加到 H3K27，從而觸發(fā)基因沉默,。

UTX 是 EZH2 的對(duì)應(yīng)蛋白,，可去除 H3K27 的甲基基團(tuán)。

乳腺癌可由多種不同的表觀遺傳學(xué)機(jī)制驅(qū)動(dòng),。Ezh2 蛋白介導(dǎo)的組蛋白甲基化驅(qū)動(dòng)維持細(xì)胞識(shí)別所需的基因沉默,。組蛋白甲基化調(diào)節(jié)異常會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞識(shí)別缺失，進(jìn)而導(dǎo)致腫瘤轉(zhuǎn)化和乳腺腫瘤侵襲性增加,。

警惕由 EZH2 過表達(dá)或 UTX 突變引起的 H3K27 甲基化增加,。

2019年3月20日，David Allis實(shí)驗(yàn)室在Nature雜志上發(fā)表了完整的人類致癌組蛋白（oncohistone）突變譜,。揭示致癌組蛋白通過調(diào)控染色質(zhì)變化導(dǎo)致腫瘤發(fā)生,，研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)典的“癌基因組”突變發(fā)生在組蛋白H3的N-末端尾部并影響多梳抑制因子復(fù)合物PRC1和PRC2的功能。然而,，組蛋白突變?cè)谄渌[瘤背景中的流行和功能尚不清楚,。該研究結(jié)果將大數(shù)據(jù)分析、生物化學(xué)與結(jié)構(gòu)生物學(xué)結(jié)合分析顯示,，突變發(fā)生在所有四個(gè)核心組蛋白中,，在N-末端尾部和球狀組蛋白折疊結(jié)構(gòu)域中，以及在含有重要翻譯后修飾的殘基處或附近,。組蛋白突變數(shù)據(jù)集和這里提出的關(guān)于突變對(duì)重要染色質(zhì)功能的影響的假設(shè)應(yīng)該作為染色質(zhì)和癌癥生物學(xué)領(lǐng)域的資源和起點(diǎn),，探索組蛋白突變?cè)诎┌Y中的擴(kuò)展作用【1】。

圖4. 致癌組蛋白通過調(diào)控染色質(zhì)變化導(dǎo)致腫瘤發(fā)生的模式圖.

蛋白質(zhì)乙?；治?/a>：AcetylScan? 試劑盒與服務(wù)為您提供獨(dú)一無二的整體策略,，幫助您全面分析蛋白質(zhì)乙酰化過程中HDAC和HAT的活性,。AcetylScan? 產(chǎn)品利用對(duì)乙?；嚢彼?Ac-K)有高度親和性的抗體,，富集經(jīng)蛋白酶消化處理的細(xì)胞或組織樣本中的乙酰化肽段,。之后使用液相色譜法(LC)串聯(lián)質(zhì)譜(MS/MS)分析樣本,，生成細(xì)胞內(nèi)蛋白乙酰化位點(diǎn)的定量圖譜,。

蛋白質(zhì)組甲基化分析：MethylScan? 試劑盒與服務(wù)使用專有實(shí)驗(yàn)方法,，對(duì)蛋白質(zhì)甲基化甲基轉(zhuǎn)移酶和去甲基酶的活性進(jìn)行整體分析。我們的實(shí)驗(yàn)方法使用對(duì)單甲基精氨酸,、對(duì)稱和非對(duì)稱二甲基精氨酸及單甲基賴氨酸具有高度親和性的抗體,，富集經(jīng)蛋白酶消化處理的細(xì)胞或組織樣本中的甲基化肽段。之后使用液相色譜法(LC)串聯(lián)質(zhì)譜(MS/MS)分析樣本,，生成細(xì)胞蛋白的甲基化位點(diǎn)定量圖譜,。

圖5. SimpleChIP?試劑盒、引物和抗體用于定量分析

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DNA甲基化是人們進(jìn)行最多研究的表觀遺傳修飾形式之一,。研究發(fā)現(xiàn) Ten-Eleven 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 TET1、TET2 和TET3 可以催化甲基化的胞嘧啶氧化成 5- 羥甲基胞嘧啶 (5-hmC),。此外,，TET 蛋白還可以氧化 5-hmC形成 5- 甲酰基胞嘧啶 (5-fC) 和 5- 羧基胞嘧啶 (5-caC),，胞嘧啶殘基甲基化導(dǎo)致基因沉默,，其對(duì)基因表達(dá)、基因組印跡和發(fā)育的恰當(dāng)調(diào)控起關(guān)鍵作用【2-4】,。研究發(fā)現(xiàn),，不恰當(dāng)?shù)腄NA甲基化（包括關(guān)鍵基因啟動(dòng)子區(qū)中CpG島的過度甲基化）與癌癥的發(fā)生有關(guān)聯(lián)。

圖6. DNA甲基化示意圖

DNMT3A 過表達(dá)或 TET2 失活引起的這種甲基化失調(diào)可導(dǎo)致異常的區(qū)域性 DNA 超甲基化,。這可以通過轉(zhuǎn)錄抑制腫瘤抑制基因或取代 CTCF 蛋白導(dǎo)致癌基因異常表達(dá),，從而促進(jìn)骨髓增生異常綜合征 (MDS) 和急性髓系白血病 (AML) 發(fā)病機(jī)制。

DNMT3A 是一種甲基轉(zhuǎn)移酶,，在 MDS/AML 中常發(fā)生突變,。

甲基轉(zhuǎn)移酶 TET2 失活是骨髓增生異常綜合征 (MDS/AML) 中最常見的突變基因,，MDS 是骨髓增生,、巨核細(xì)胞增生和/或細(xì)胞系發(fā)育異常,，其中 30% 可進(jìn)展為急性髓系白血病 (AML)。它在彌漫性大 B 細(xì)胞淋巴瘤中也有突變,。在實(shí)體腫瘤,，如前列腺癌、黑色素瘤與口腔鱗狀細(xì)胞癌中,，TET2 蛋白表達(dá)通常減少,。

DNA異常甲基化會(huì)導(dǎo)致癌癥等疾病。抑癌基因中啟動(dòng)子 CpG 島的過甲基化與基因沉默和癌癥發(fā)生有關(guān),。同時(shí) 5-hmC 的低水平與髓性白血病和黑色素瘤等癌癥有關(guān),，此外，大多數(shù)基因組 DNA 的低甲基化與癌癥發(fā)病有關(guān)并且可能導(dǎo)致癌癥發(fā)病,。除了結(jié)腸癌,、乳腺癌和胃癌之外，DNMT1,、DNMT3A 和 DNMT3B 還在許多癌癥中過表達(dá),，包括急性和慢性髓細(xì)胞性白血病 【5-8】。而DNA 甲基化標(biāo)記也可用于診斷和確定某些癌癥預(yù)后,，包括前列腺癌,、黑色素瘤以及口腔鱗狀細(xì)胞癌。

關(guān)注腫瘤中DNA異常甲基化,，常檢測(cè)由 DNMT3A 過表達(dá)或 TET2 失活導(dǎo)致的 5-甲基胞嘧啶和 5-羥甲基胞嘧啶水平的變化,。

圖8. 使用 5-Methylcytosine (5-mC) (D3S2Z) Rabbit mAb #28692（綠色）和 DYKDDDDK Tag (9A3) Mouse mAb #8146（紅色），對(duì)轉(zhuǎn)染表達(dá)帶有 DYKDDDDK 標(biāo)簽的 TET1 催化結(jié)構(gòu)域 (TET1-CD) 表達(dá)載體的 293T 細(xì)胞進(jìn)行共聚焦免疫熒光分析,。藍(lán)色偽彩 = DRAQ5? #4084（DNA 熒光染料）,。正如預(yù)期的一樣，表達(dá) TET1-CD（紅色）的 293T 細(xì)胞出現(xiàn) 5-甲基胞嘧啶（綠色）水平下降,。

已有研究表明,，5羥甲基化（5-hmC）在多種腫瘤中異常調(diào)控， 5-羥甲基胞嘧啶（5-hmC）的基因組譜檢測(cè)是成人癌癥患者的強(qiáng)有力的診斷生物標(biāo)志物【9】,。來自芝加哥大學(xué)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì),，基于前期神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞系5hmC研究基礎(chǔ)上，通過建立DNA 5hmC化學(xué)捕獲技術(shù)對(duì)神經(jīng)母細(xì)胞瘤做進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),，5-hmC的DNA修飾促進(jìn)了活性基因轉(zhuǎn)錄,，功能基因突變，通路激活等高度相關(guān),，通過檢測(cè)驅(qū)動(dòng)神經(jīng)母細(xì)胞瘤的5-hmC基因表達(dá)譜,，可作為神經(jīng)母細(xì)胞瘤的新型預(yù)后標(biāo)志物【10】。

DNA 甲基化相關(guān)產(chǎn)品列表

m6A是高等生物mRNA和lncRNAs上豐富的甲基化修飾,。并且是一種動(dòng)態(tài)可逆的修飾方式,。主要存在于mRNA的CDS區(qū)和3’UTR區(qū),。m6A 可調(diào)節(jié)各種細(xì)胞功能，包括 RNA 剪切,、翻譯調(diào)控,、多能性和細(xì)胞命運(yùn)決定、神經(jīng)元功能及疾病 【1, 14-17】,。m6A的相關(guān)修飾,，由甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合體（METTL3、METTL14和WTAP組成）,、去甲基酶（FTO和ALKBH5）以及相應(yīng)的閱讀器（YTHDF1/2/3,，YTHDC1）協(xié)同調(diào)控。

已發(fā)現(xiàn)的m6A RNA甲基化功能有很多,，如m6A 寫入蛋白復(fù)合體與 AML 和子宮內(nèi)膜癌等各種癌癥類型有關(guān),。此外，m6A 與化療耐藥性有關(guān)【11】,。

圖9. 來自【11】

2019年2月7日,，中科院北京基因組研究所韓大力團(tuán)隊(duì)與清華大學(xué)徐萌團(tuán)隊(duì)、美國芝加哥大學(xué)何川團(tuán)隊(duì)合作在Nature上報(bào)道發(fā)現(xiàn),，RNA m6A修飾通過調(diào)控樹突狀細(xì)胞的溶酶體組織蛋白酶翻譯效率,，影響腫瘤抗原特異性的T細(xì)胞免疫應(yīng)答新機(jī)制；與野生型小鼠相反,，Ythdf1缺陷型小鼠顯示出升高的抗原特異性CD8 + T細(xì)胞抗腫瘤反應(yīng),，且該小鼠模型中，PD-L1檢查點(diǎn)阻斷的治療功效增強(qiáng),，暗示YTHDF1作為抗癌免疫療法中的潛在治療靶標(biāo)【12】,。

來自中山大學(xué)腫瘤防治中心林東昕/鄭健中腫課題組與徐瑞華課題組發(fā)現(xiàn)吸煙及二手煙導(dǎo)致胰腺癌的新機(jī)制，通過m6A修飾的香煙煙霧誘導(dǎo)的miR-25-3p過度成熟促進(jìn)了胰腺癌的發(fā)展和進(jìn)展【13】,。

黑色素瘤是最致命和難治愈的癌癥之一,。在已有研究報(bào)道，m6A去甲基化酶FTO對(duì)的N6-甲基腺苷（m6A）mRNA去甲基化會(huì)促進(jìn)黑素瘤生長(zhǎng)和減少對(duì)抗PD-1阻斷免疫療法的反應(yīng),。結(jié)果顯示FTO抑制與抗PD-1阻斷的組合可降低黑素瘤中對(duì)免疫療法的抗性【14】,。

另外，中科院上海藥物研究所楊財(cái)廣研究員    聯(lián)合聯(lián)合美國希望之城貝克曼研究所陳建軍教授團(tuán)隊(duì),，佛羅里達(dá)大學(xué)錢志堅(jiān)教授團(tuán)隊(duì)發(fā)表研究工作,，開發(fā)了兩新型高效FTO小分子抑制劑，特異性抑制FTO的m6A去甲基化酶活性,，并抑制急性髓系白血病細(xì)胞的增殖,，有望用于該病的臨床治療(15)。

楊運(yùn)桂團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中山大學(xué)腫瘤醫(yī)院周芳堅(jiān)團(tuán)隊(duì),、謝丹團(tuán)隊(duì)和中科院生化細(xì)胞所黃旲團(tuán)隊(duì)的研究工作揭示了mRNA甲基化調(diào)控實(shí)體瘤膀胱癌發(fā)生的分子機(jī)制,，發(fā)現(xiàn)m5C通過細(xì)胞質(zhì)內(nèi)新結(jié)合蛋白YBX1調(diào)控mRNA的穩(wěn)定性，進(jìn)而調(diào)控膀胱癌的增殖和轉(zhuǎn)移【16】,。

RNA 修飾相關(guān)抗體

在尋找新的預(yù)防、檢測(cè)和治療方法時(shí),，了解表觀遺傳學(xué)在癌癥發(fā)生和進(jìn)展中的作用至關(guān)重要,。我們總結(jié)了幾種癌癥的重要表觀遺傳學(xué)生物標(biāo)志物、調(diào)節(jié)因子和組蛋白修飾的入門指南。

綜合如上表觀遺傳關(guān)鍵因素,，染色質(zhì)和表觀遺傳調(diào)節(jié)對(duì)于在發(fā)育期間和處于壓力條件下的基因組正確編碼至關(guān)重要,，由于基因表達(dá)的異常調(diào)節(jié)會(huì)導(dǎo)致疾病狀態(tài)，腫瘤的發(fā)生或轉(zhuǎn)移相關(guān),。針對(duì)腫瘤中異常的表觀失調(diào),，針對(duì)腫瘤的表觀遺傳調(diào)控，有望開發(fā)更多染色質(zhì)重塑等靶點(diǎn)藥物,，或與腫瘤靶向藥物,，化療或免疫治療相關(guān)藥物聯(lián)合用藥，用于腫瘤治療,。

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