陳雨

（中國刑警學(xué)院 遼寧沈陽 110035）

DNA甲基化及其法醫(yī)學(xué)應(yīng)用

陳雨

（中國刑警學(xué)院 遼寧沈陽 110035）

DNA 甲基化是一種重要的表觀遺傳學(xué)修飾，在細(xì)胞的增殖、分化、衰老過程中均有發(fā)生，并可以將甲基化狀態(tài)的基因遺傳給后代。通過對(duì)DNA甲基化的簡單介紹及研究并將其應(yīng)用到基因調(diào)控表達(dá)、疾病研究、法醫(yī)工作等方面十分必要。文章將先對(duì)DNA甲基化做一簡單介紹，再淺談其在法醫(yī)工作中的應(yīng)用，以期對(duì)相關(guān)工作人員有所助益。

DNA甲基化 檢測(cè)方法 應(yīng)用

表觀遺傳學(xué)是一種基因表達(dá)改變的機(jī)制或現(xiàn)象,其基因型未發(fā)生改變,但是表型發(fā)生改變,主要研究的是基因型與表型之間的關(guān)系。表觀遺傳學(xué)現(xiàn)象主要包括有：DNA 甲基化現(xiàn)象、染色質(zhì)重組現(xiàn)象、核小體的重塑現(xiàn)象以及組蛋白修飾現(xiàn)象等［1］。 DNA甲基化是最早發(fā)現(xiàn)的重要的表觀遺傳修飾之一,是指在DNA序列中嘌呤與嘧啶堿基在各種甲基轉(zhuǎn)移酶的作用下與甲基發(fā)生共價(jià)結(jié)合,并可以傳遞給子代的表觀遺傳現(xiàn)象。DNA甲基化在個(gè)體的生長發(fā)育過程中起著十分重要的作用,是基因組進(jìn)行局部調(diào)整的方式之一。

1 DNA甲基化

1.1 DNA甲基化機(jī)制

甲基化修飾位置主要有：鳥嘌呤的N-7位,腺嘌呤的N-6位,胞嘧啶的N-4位及C-5位。而其中的胞嘧啶C-5位是真核生物甲基化最為常見的位點(diǎn),是當(dāng)今甲基化研究的重要課題。在哺乳動(dòng)物基因組中, CpG序列呈不均勻分布,其出現(xiàn)的頻率往往低于其它雙核苷酸序列出現(xiàn)的頻率,但在某些區(qū)域中CpG序列出現(xiàn)的頻率又很高,有時(shí)可達(dá)均值的5倍以上成為富集區(qū),形成CpG島 。而在人類基因組 DNA中,DNA甲基化僅生于CpG 二核苷酸中胞嘧啶5-位碳原子上,形成5甲基胞嘧啶［2］。

1.2 DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶

常見的甲基化轉(zhuǎn)移酶有兩種：1、維持型甲基轉(zhuǎn)移酶,該酶又有兩種變體,Dnmt1s和Dnmt1o,維持型甲基轉(zhuǎn)移酶需要以半甲基化雙鏈 DNA 作為模板,通過轉(zhuǎn)錄復(fù)制指導(dǎo)新合成的鏈進(jìn)行甲基化；2、全新甲基化酶Dnmt3a以及 Dnmt3b,將在特定啟動(dòng)子的CpG二核苷酸周期性甲基化當(dāng)中起作用,這種甲基轉(zhuǎn)移酶不依賴半甲基化的DNA分子中的甲基化模板而從新開始合成5-mC。

1.3 DNA甲基化特點(diǎn)

（1）信息容量大：DNA甲基化修飾可大量發(fā)生在人體的各類細(xì)胞、各個(gè)分化時(shí)期及發(fā)育階段。在基因組中有大量的CpG島,其中包含甲基化狀態(tài)的胞嘧啶和未甲基化狀態(tài)的胞嘧啶,組合后可儲(chǔ)存大量的遺傳信息。

（2）可遺傳：甲基化后的DNA仍然遵循遺傳學(xué)上的半保留復(fù)制原則,來自親代的甲基化模板鏈與新合成鏈之間按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則結(jié)合,形成甲基化的新鏈,在有絲分裂的過程中將甲基化模式遺傳給子代。

（3）相對(duì)穩(wěn)定性：DNA甲基化修飾屬于基因突變的一種,是不確定性事件。但是一旦甲基化發(fā)生之后就會(huì)隨親代遺傳給后代,短時(shí)間內(nèi)不會(huì)隨內(nèi)外環(huán)境的變化而變化,因而具有相對(duì)穩(wěn)定性。

（4）病理特異性：DNA甲基化修飾在個(gè)體不同發(fā)展階段大致遵循一定的規(guī)律發(fā)生,故在不同病理狀態(tài)下時(shí),DNA甲基化狀態(tài)的發(fā)展規(guī)律不同。例如許多腫瘤的發(fā)生與DNA甲基化有關(guān),不同的腫瘤其甲基化的模式不同,具有各自的特異性。

2 DNA甲基化的法醫(yī)學(xué)應(yīng)用

DNA 甲基化與基因組印跡之間具有密切關(guān)系。大量研究表明在基因組印跡中不表達(dá)的基因受DNA甲基化的調(diào)控,主要表現(xiàn)為富含 CpG 島成簇存在并在遺傳過程中穩(wěn)定存在,極易發(fā)生甲基化造成單等位基因表達(dá)的現(xiàn)象。對(duì)印跡基因的研究表明其可用于法醫(yī)工作中的相關(guān)鑒定分析。

2.1 DNA甲基化與親子鑒定：可以通過利用親緣間特異性DNA的甲基化標(biāo)志來確定親代的必須基因,例如父親的基因甲基化而母親未甲基化,通過MSP技術(shù)分別擴(kuò)增親代的等位基因,則甲基化引物的擴(kuò)增產(chǎn)物一定是來自父親,未甲基化引物的擴(kuò)增產(chǎn)物一定是來自母親。這樣便可輕易的確定出必須基因。

2.2 DNA 甲基化與同卵雙生鑒別：同卵雙生是指一個(gè)受精卵卵裂之后產(chǎn)生兩個(gè)細(xì)胞,之后發(fā)育成個(gè)體。同卵雙生的兩個(gè)個(gè)體具有完全相同的遺傳背景,普通遺傳標(biāo)記無法進(jìn)行區(qū)分。但近年來隨著DNA甲基化研究不斷深入,研究表明同卵雙生個(gè)體在表觀遺傳修飾方面具有一定的選擇特異性差異。因而可以通過鑒定DNA甲基化修飾來鑒定同卵雙生個(gè)體。

2.3 DNA 甲基化與年齡鑒定：人類基因組中的DNA甲基化程度與年齡密切相關(guān),在胚胎發(fā)育的過程中細(xì)胞的甲基化模式有規(guī)律的變化,在個(gè)發(fā)育的過程中細(xì)胞DNA甲基化模式差異逐漸形成,在有絲分裂的過程中不變。一般隨著年齡的增長DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶含量減少而使DNA甲基化水平降低,但是對(duì)于不同的細(xì)胞、不同的基因其特定DNA片段的甲基化可以降低也可以增高。

2.4 DNA甲基化與性別鑒定：在女性兩性染色體中常常其中一條發(fā)生大量甲基化,因而兩條染色體存在顯著差異,因而DNA甲基化可用于性別鑒定。趙貴森等利用限制性內(nèi)切酶HpaⅡ分別消化男性和女性的性染色體,其中女性的呈甲基化活性狀態(tài)的一條X染色體 HUMARA 基因座可以成功擴(kuò)增,而未甲基化的染色體不能擴(kuò)増,從而鑒定性別［5］。

DNA甲基化在法醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)方面的應(yīng)用已經(jīng)很久,但是對(duì)于DNA甲基化在法醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用目前多數(shù)是應(yīng)用方向的理論方面的假設(shè)與推斷,缺乏可靠的實(shí)際案例的證明。但是隨著研究的不斷深入,可以預(yù)想DNA甲基化在法醫(yī)工作中的應(yīng)用也會(huì)更加廣泛。

［1］陶冶，王勇. DNA甲基化及其新進(jìn)展［J］. 國際婦產(chǎn)科學(xué)雜志.2010，37（5）： 340-343.

［2］張松法，葉楓，陳懷增等.基因組CpG島甲基化檢測(cè)技術(shù)研究［J］.國際遺傳學(xué)雜志，2006，29（3）：201-203.

［3］周翠蘭，張佳，李凱等. DNA甲基化的生物學(xué)意義及其檢測(cè)方法［J］.南華大學(xué)學(xué)報(bào)， 2005， 33（2）：148-152.

［4］晁遠(yuǎn)，翁立冬，曾嶸.基因組DNA甲基化水平與不明原因早期自然流產(chǎn)的相關(guān)性［J］.南方醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，34（10）：1498-1502.

［5］關(guān)亞卿，李淑瑾，叢斌.DNA 甲基化在法醫(yī)DNA分析中的應(yīng)用［J］.中國法醫(yī)學(xué)雜志，2011 ，26（5）：380-386.

Q3

A

1674-2060（2016）03-0303-01