DNA甲基化及其法醫(yī)學應用

陳雨

（中國刑警學院 遼寧沈陽 110035）

DNA甲基化及其法醫(yī)學應用

陳雨

（中國刑警學院 遼寧沈陽 110035）

DNA 甲基化是一種重要的表觀遺傳學修飾，在細胞的增殖、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DNA甲基化的簡單介紹及研究并將其應用到基因調控表達、疾病研究、法醫(yī)工作等方面十分必要。文章將先對DNA甲基化做一簡單介紹，再淺談其在法醫(yī)工作中的應用，以期對相關工作人員有所助益。

DNA甲基化 檢測方法 應用

表觀遺傳學是一種基因表達改變的機制或現(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系。表觀遺傳學現(xiàn)象主要包括有：DNA 甲基化現(xiàn)象、染色質重組現(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移酶的作用下與甲基發(fā)生共價結合,并可以傳遞給子代的表觀遺傳現(xiàn)象。DNA甲基化在個體的生長發(fā)育過程中起著十分重要的作用,是基因組進行局部調整的方式之一。

1 DNA甲基化

1.1 DNA甲基化機制

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,是當今甲基化研究的重要課題。在哺乳動物基因組中, 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,有時可達均值的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甲基化轉移酶

常見的甲基化轉移酶有兩種：1、維持型甲基轉移酶,該酶又有兩種變體,Dnmt1s和Dnmt1o,維持型甲基轉移酶需要以半甲基化雙鏈 DNA 作為模板,通過轉錄復制指導新合成的鏈進行甲基化；2、全新甲基化酶Dnmt3a以及 Dnmt3b,將在特定啟動子的CpG二核苷酸周期性甲基化當中起作用,這種甲基轉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

（1）信息容量大：DNA甲基化修飾可大量發(fā)生在人體的各類細胞、各個分化時期及發(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仍然遵循遺傳學上的半保留復制原則,來自親代的甲基化模板鏈與新合成鏈之間按照堿基互補配對原則結合,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)生之后就會隨親代遺傳給后代,短時間內不會隨內外環(huán)境的變化而變化,因而具有相對穩(wěn)定性。

（4）病理特異性：DNA甲基化修飾在個體不同發(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,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,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)學應用

DNA 甲基化與基因組印跡之間具有密切關系。大量研究表明在基因組印跡中不表達的基因受DNA甲基化的調控,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的現(xiàn)象。對印跡基因的研究表明其可用于法醫(yī)工作中的相關鑒定分析。

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技術分別擴增親代的等位基因,則甲基化引物的擴增產物一定是來自父親,未甲基化引物的擴增產物一定是來自母親。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：同卵雙生是指一個受精卵卵裂之后產生兩個細胞,之后發(fā)育成個體。同卵雙生的兩個個體具有完全相同的遺傳背景,普通遺傳標記無法進行區(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,在胚胎發(fā)育的過程中細胞的甲基化模式有規(guī)律的變化,在個發(fā)育的過程中細胞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 甲基轉移酶含量減少而使DNA甲基化水平降低,但是對于不同的細胞、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 基因座可以成功擴增,而未甲基化的染色體不能擴増,從而鑒定性別［5］。

DNA甲基化在法醫(yī)學遺傳學方面的應用已經很久,但是對于DNA甲基化在法醫(yī)學中的應用目前多數是應用方向的理論方面的假設與推斷,缺乏可靠的實際案例的證明。但是隨著研究的不斷深入,可以預想DNA甲基化在法醫(yī)工作中的應用也會更加廣泛。

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

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

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

［4］晁遠，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的相關性［J］.南方醫(yī)科大學學報，2014，34（10）：1498-1502.

［5］關亞卿，李淑瑾，叢斌.DNA 甲基化在法醫(yī)DNA分析中的應用［J］.中國法醫(yī)學雜志，2011 ，26（5）：380-386.

Q3

A

1674-2060（2016）03-0303-01