哺乳动物中亲本DNA甲基化的重编程与继承

发布时间：2017-05-29 06:08

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【摘要】：DNA甲基化的调控在发育中起着非常重要的作用。哺乳动物受精后的胚胎发育中发生大规模DNA去甲基化。DNA去甲基化可以通过主动和被动方式进行。根据免疫荧光染色和简化代表性亚硫酸氢盐测序(RRBS)得到的结果,之前的假说认为受精后父源DNA的甲基化修饰被主动氧化后,依赖其氧化产物的被动稀释进行去甲基化；而母源DNA不被氧化,在甲基化维持机制不完全工作的情况下,依赖DNA复制而被动去甲基化。但是,由于实验精度有限,并且无法区分父源和母源DNA,这些结果可能并不能全面而精确地反映出早期胚胎发育中DNA去甲基化是如何进行的。通过对小鼠配子及杂交胚胎的全基因组亚硫酸氢盐测序,我们得到能够区分DNA亲本来源的单碱基分辨率的甲基化图谱,二细胞时期的5-羟甲基胞嘧啶(5hmC)、5-醛基胞嘧啶(5fC)图谱,以及E13.5时期的原始生殖细胞的甲基化图谱。分析发现在二细胞时期5hmC和5fC不仅存在于父源DNA,也存在于母源DNA,暗示了母源DNA上主动去甲基化的发生。同时,从配子到四细胞时期,在大多数去甲基化CpG位点中,主动去甲基化参与了这些位点5mC的移除或修饰,并且父源DNA的去甲基化不主要依赖5mC氧化产物的被动稀释。因此,在小鼠早期胚胎发育过程中,不仅父源DNA,相当一部分的母源DNA也发生了主动去甲基化。此外,所有已知的印迹调控区被归类为生殖细胞印迹调控区或体细胞印迹调控区。
【关键词】：DNA甲基化 主动去甲基化 早期胚胎发育 印迹调控区
【学位授予单位】：中国科学院北京基因组研究所
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：Q953
【目录】：

• 致谢5-7
• 摘要7-8
• ABSTRACT8-9
• 专业词汇中英文对照表9-14
• 第一章 引言14-40
• 1.1 表观遗传学14-18
• 1.1.1 表观遗传信息的继承与生殖系重编程15-16
• 1.1.2 表观遗传机制16-18
• 1.2 DNA甲基化18-28
• 1.2.1 概述18-19
• 1.2.2 DNA甲基化的维持与建立19-22
• 1.2.3 DNA去甲基化22-24
• 1.2.4 DNA甲基化与基因表达调控24
• 1.2.5 基因组印迹24-27
• 1.2.6 DNA甲基化与疾病27-28
• 1.3 小鼠原始生殖细胞发育中DNA甲基化的重编程28-32
• 1.3.1 小鼠原始生殖细胞的发育28-29
• 1.3.2 原始生殖细胞发育中DNA去甲基化29-31
• 1.3.3 生殖细胞中DNA甲基化模式的重新建立31-32
• 1.4 小鼠受精后早期胚胎发育中DNA甲基化的重编程32-35
• 1.4.1 小鼠受精后的胚胎发育32-33
• 1.4.2 小鼠受精后胚胎发育中DNA去甲基化33-35
• 1.4.3 小鼠胚胎发育中DNA甲基化模式的重新建立35
• 1.5 5mC及其氧化衍生物的测序方法35-39
• 1.5.1 5mC测序方法35-37
• 1.5.2 5mC氧化衍生物测序方法37-39
• 1.6 研究内容39-40
• 第二章 材料与方法40-57
• 2.1 实验材料40-44
• 2.1.1 小鼠品系40
• 2.1.2 小鼠样品40-41
• 2.1.3 引物序列41
• 2.1.4 抗体41
• 2.1.5 DNA寡核苷酸序列41-42
• 2.1.6 试剂与试剂盒42-43
• 2.1.7 常用溶液43
• 2.1.8 实验仪器43-44
• 2.2 实验方法44-57
• 2.2.1 小鼠MII卵细胞的收集44
• 2.2.2 小鼠成熟精子的收集44
• 2.2.3 杂交小鼠胚胎的收集44-45
• 2.2.4 E13.5原始生殖细胞的收集45-46
• 2.2.5 DNA提取46
• 2.2.6 RNA提取46
• 2.2.7 DNA重测序建库46-48
• 2.2.8 全基因组亚硫酸氢盐测序建库48-49
• 2.2.9 TAB-seq建库49-51
• 2.2.10 fCAB-seq建库51
• 2.2.11 RNA-seq建库51-52
• 2.2.12 斑点印迹实验52
• 2.2.13 免疫荧光染色52-53
• 2.2.14 重测序数据分析53
• 2.2.15 DNA甲基化数据分析53-54
• 2.2.16 5hmC数据分析54-55
• 2.2.17 5fC数据分析55-56
• 2.2.18 转录组数据分析56-57
• 第三章 研究结果57-85
• 3.1 DNA甲基化测序建库方法的优化57-59
• 3.2 测序数据概况59-65
• 3.2.1 DNA甲基化数据59-60
• 3.2.2 DNA亲本来源的区分及其代表性的评估60-63
• 3.2.3 5hmC测序数据63-64
• 3.2.4 5fC测序数据64-65
• 3.3 早期胚胎发育中DNA甲基化及其氧化产物图谱的特征65-74
• 3.3.1 配子与早期胚胎的独特的DNA甲基化模式65-66
• 3.3.2 配子与早期胚胎中DNA各元件的甲基化动态变化66-68
• 3.3.3 配子特异甲基化的启动子区的甲基化动态变化68-69
• 3.3.4 卵细胞中甲基化的非CG位点相对富集69-70
• 3.3.5 二细胞期胚胎的5hmC图谱及亲本来源特异的分布特征70-72
• 3.3.6 二细胞期胚胎的5fC图谱及亲本来源特异的分布特征72-74
• 3.4 受精后胚胎发育中DNA主动去甲基化74-80
• 3.4.1 早期胚胎发育中父源和母源DNA甲基化的动态变化74
• 3.4.2 父源5mC主动去甲基化74-76
• 3.4.3 母源5mC主动去甲基化76-78
• 3.4.4 受精后DNA去甲基化不主要依赖5hmC/5fC/5caC的被动稀释78-80
• 3.5 早期胚胎发育过程中印迹调控区甲基化的动态变化80-82
• 3.6 E13.5原始生殖细胞的甲基化图谱与继承82-85
• 第四章 结论85-86
• 第五章 讨论86-90
• 5.1 哺乳动物受精后的主动去甲基化86-88
• 5.2 不同物种中DNA甲基化重编程的比较88-90
• 参考文献90-117
• 附录117-127
• A. 配子特异高甲基化的CpG岛117-127
• 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果127-129

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本文编号：404292