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The EMBO Journal:中科院动物所刘峰研究组发现DNA甲基化调控胚胎左右不对称发育

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摘要 : 2017年9月5日,国际知名学术期刊《The EMBO Journal》杂志上在线发表了中国科学院动物研究所刘峰研究组的一篇研究论文,研究论文题为Epigenetic regulation of left-right asymmetry by DNA methylation。

2017年9月5日,国际知名学术期刊《The EMBO Journal》杂志上在线发表了中国科学院动物研究所刘峰研究组的一篇研究论文,研究论文题为Epigenetic regulation of left-right asymmetry by DNA methylation。论文报道了DNA甲基化调控胚胎左右不对称发育机制。

DNA甲基化是常见的表观遗传修饰形式,通常发生在CpG位点中的胞嘧啶,由DNA甲基转移酶所催化,将胞嘧啶(C)转变为5-甲基胞嘧啶(5mC)。DNA甲基化在基因转录调控、染色体结构稳定性、基因印记、X染色体失活等方面发挥作用。脊椎动物早期胚胎全基因组DNA甲基化图谱研究提示DNA甲基化可能在胚胎发育中发挥重要作用,然而关于dna甲基化修饰在胚胎早期发育中的功能研究尚不全面。

脊椎动物体轴形成是胚胎早期发育的重要过程,包括前后轴、背腹轴以及左右轴的建立。除个体差异外,脊椎动物的外观呈现近乎完美的两侧对称结构,但内部器官却是不对称分布的,这个过程被称为左右不对称,在各个物种中普遍存在。左右不对称的建立首先是对称模式的打破和不对称信号的起始,随后组织中心形成并传递放大不对称信号,最后组织器官呈现不对称发育。然而DNA甲基化修饰是否参与胚胎左右不对称发育仍不清楚。

刘峰研究组利用斑马鱼为模式动物,发现缺失重要的DNA甲基转移酶dnmt1或者dnmt3bb.1之后,斑马鱼左右不对称发育受到严重影响,内部器官的左右不对称分布发生随机化,组织中心前体细胞发育缺陷导致组织中心形成受阻。进一步的研究发现,Dnmt1和Dnmt3bb.1介导的DNA甲基化修饰分别通过调节Lefty2-Nodal信号以及cdh1表达影响组织中心前体细胞发育,从而调控左右不对称发育。上述工作首次揭示DNA甲基化修饰在脊椎动物左右不对称发育中的调控机制,丰富了对DNA甲基化在早期胚胎发育过程中生物学功能的认识。

The EMBO Journal:中科院动物所刘峰研究组发现DNA甲基化调控胚胎左右不对称发育
示意图:DNA甲基化通过Lefty2和Cdh1通路调控左右不对称发育

原文链接:

EpiGENEtic regulation of left–right asymmetry by DNA methylation

原文摘要:

DNA methylation is a major epigenetic modification; however, the precise role of DNA methylation in vertebrate development is still not fully understood. Here, we show that DNA methylation is essential for the establishment of the left–right (LR) asymmetric body plan during vertebrate embryogenesis. Perturbation of DNA methylation by depletion of DNA methyltransferase 1 (dnmt1) or dnmt3bb.1 in zebrafish embryos leads to defects in dorsal forerunner cell (DFC) specification or collective migration, laterality organ malformation, and disruption of LR patterning. Knockdown of dnmt1 in Xenopus embryos also causes similar defects. Mechanistically, loss of dnmt1 function induces hypomethylation of the lefty2 gene enhancer and promotes lefty2 expression, which consequently represses Nodal signaling in zebrafish embryos. We also show that Dnmt3bb.1 regulates collective DFC migration through cadherin 1 (Cdh1). Taken together, our data uncover dynamic DNA methylation as an epigenetic mechanism to control LR determination during early embryogenesis in vertebrates.

DOI:10.15252/embj.201796580

作者:刘峰 点击:

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