BioArt按：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还不全面。近日，中科院北京动物所刘峰课题组在The EMBO Journal杂志发表了题为“Epigenetic regulation of left–right asymmetry by DNA methylation”的论文，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。值得一提的是，这是刘峰课题组在本年度相继在Dev Cell和Nature杂志上发表论文后的第三篇重要的研究型成果（详见BioArt此前的报道：Nature：刘峰/杨运桂合作组揭示m6A在造血干细胞发育中的关键作用；Dev Cell：刘峰组发现血管微环境调控造血干细胞发育的新机制）.。
论文解读：
DNA甲基化是一种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(Smith and Meissner, 2013)。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(Wang, et al., 2014; Jiang, et al., 2013; Potok, et al., 2013)；然而，关于DNA甲基化修饰在胚胎早期发育中的功能研究还不全面。
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(Blum, et al., 2014; Matsui and Bessho, 2012)。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。
中国科学院动物研究所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（下图）。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。
示意图：DNA甲基化通过Lefty2和Cdh1通路调控左右不对称发育
参考文献：
Blum, M., Feistel, K., Thumberger, T., and Schweickert, A. (2014). The evolution and conservation of left-right patterning mechanisms. Development 141, 1603-1613.
Jiang, L., Zhang, J., Wang, J.J., Wang, L., Zhang, L., Li, G., Yang, X., Ma, X., Sun, X., Cai, J., et al. (2013). Sperm, but not oocyte, DNA methylome is inherited by zebrafish early embryos. Cell 153, 773-784.
Matsui, T., and Bessho, Y. (2012). Left-right asymmetry in zebrafish. Cell Mol Life Sci 69, 3069-3077.
Potok, M.E., Nix, D.A., Parnell, T.J., and Cairns, B.R. (2013). Reprogramming the maternal zebrafish genome after fertilization to match the paternal methylation pattern. Cell 153, 759-772.
Smith, Z.D., and Meissner, A. (2013). DNA methylation: roles in mammalian development. Nat Rev Genet 14, 204-220.
Wang, L., Zhang, J., Duan, J., Gao, X., Zhu, W., Lu, X., Yang, L., Zhang, J., Li, G., Ci, W., et al. (2014). Programming and inheritance of parental DNA methylomes in mammals. Cell 157, 979-991.
刘峰，博士，中国科学院动物研究所膜生物学国家重点实验室研究员，“百人计划”引进人才，“国家杰出青年科学基金”获得者，科技部“中青年科技创新领军人才”。1999年毕业于中国科学院遗传研究所，获分子遗传学博士学位；2000年至2008年在新加坡分子农业生物学研究院、美国范德堡大学医学院和英国牛津大学分子医学研究所利用斑马鱼和非洲爪蟾从事造血干细胞的基础研究。2009年回国后，刘峰博士带领的血液与心血管发育研究组以斑马鱼和小鼠为模型，研究血液系统发育的分子机制，重点关注血液与心血管干细胞/前体细胞的形成、造血干细胞命运决定、维持及分化等。近年来，以通讯作者在Nature、Dev Cell、PNAS、JEM、Blood、Nat Commun、Cell Res、Development等杂志发表论文20余篇。课题组承担了科技部、国家自然科学基金委以及中国科学院等一系列重大课题。与此同时，刘峰博士还担任国际斑马鱼学会执行委员、中国动物学会斑马鱼分会主任委员以及中国动物学会发育生物学专业委员会副主任委员兼任秘书长等。
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