科学家们揭开了DNA甲基化的神秘面纱

所有物种都用甲基标记它们的DNA。这样做是为了调节基因表达,区分本地DNA与外源DNA,或在复制过程中标记旧的DNA链。甲基化通过称为甲基转移酶的某些酶进行,甲基转移酶以某些模式用甲基基团装饰DNA以在DNA顶部产生表观遗传层。

到目前为止,科学家还没有在努力分辨哪种酶对哪种模式负责。但是最近在Nature Communications上发表的一项新研究中,来自丹麦技术大学的诺维诺德基金会生物可持续性研究中心(DTU Biosustain)的科学家将酶与两种细菌中的特定甲基化模式联系起来。

“了解哪种酶可以解决许多应用问题。利用这些知识,您可以使用人工甲基化组建模型生物,模拟您想要引入DNA的菌株的甲基化模式。这样您就可以确保'生存'引入的DNA,“DTU Biosustain的专家和第一作者TorbjørnØlshøjJensen说。

当科学家试图将外源DNA引入宿主生物体(例如细菌或酵母)时,他们常常遇到甲基化问题。但是,在建立生产主机(通常称为细胞工厂)时,引入外源DNA是必不可少的 - 能够生产医药,可持续生物化学品和食品配料。通常,宿主需要来自其他生物的基因(DNA)以产生所寻求的化合物。

但就像往常一样,宿主会拒绝外来DNA并将其切成碎片,这仅仅是因为甲基化模式显示DNA是外来的。以大肠杆菌为宿主的科学家在引入新DNA时通常没有那么多问题 - 或者说比其他人少 - 因为大肠杆菌是众所周知的,而且“表现良好”。但是进入鲜为人知的主机可能会成为一个很大的问题。

“在大肠杆菌以外的其他细菌中工作,在DNA转化方面经常需要做大量的反复试验,但这还不够好。你需要知识和工具。这样,你就有了系统的理性解决问题的方法,“TorbjørnØlshøjJensen说。

目标是找出哪些酶负责哪种模式。为了揭示这一点,研究人员构建了DNA环(质粒),其中含有一个甲基转移酶和“盒”,其中含有多个某些DNA模式的拷贝。这些称为基序的DNA模式是甲基转移酶的靶标。通过偶联这两者,质粒表达的甲基转移酶将以特定方式标记DNA,从而揭示酶的甲基化模式。

这是针对所有甲基转移酶进行的。然后,使用设计用于揭示甲基的测序方法读取所有质粒(在库中)。这为研究人员提供了酶 - 基序偶联的“库”。

研究小组表示,这种鉴定甲基转移酶甲基化模式的快速方法对其他研究DNA降解的研究人员具有很大希望。

为了验证该方法,科学家分析了耐热细菌M. thermoacetica以及细菌A. woodii的基因组。两种细菌都是具有巨大工业应用潜力和基本上修饰的基因组的宿主。

总的来说,这两种细菌生物体含有23种甲基转移酶基因,但仅在其基因组上的12种不同DNA基序上显示出修饰,这意味着并非所有甲基转移酶都具有活性。

该团队对所有23种甲基转移酶进行了评估,寻找那些对基因组有活性的甲基转移酶。对于12个基序中的11个,它们能够将活性与特定的甲基转移酶基因偶联。

使用这种方法,该团队希望设计具有明确“甲基化组”的宿主 - 意味着该生物体仅含有想要的甲基转移酶,这将使外源DNA易于引入非模式生物体。

这在基于新的或较少已知的宿主构建细胞工厂时以及为了理解基因表达和细胞分化的调节时都是有用的。

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