DNA甲基化.doc

人类基因组单体型图细胞株中与遗传和基因表达变化有关的DNA甲基化模型
摘要
背景：DNA甲基化是参与基因调控和疾病的一种重要表观遗传学机制，但很少人知道在个体间甲基化机制存在差异。在这，我们从77个图约鲁巴人的人类基因组单体中测量了22,290CpG二核苷酸的淋巴母细胞系的甲基化水平，同时也使用了全基因组的基因表达和基因型数据。
结果：通过对超过三百万常见的单核苷酸多态性（SNP）位点的甲基化水平关联的分析，我们确定在173个基因的180个CpG双核苷酸位点与附近的单核苷酸多态性（独联体通常在5KB内）的错误发现率为10％。在迪斯科相互作用蛋白2的同源基因B（DIP2B，以前推测在DNA甲基化中发挥作用）中发现SNPrs10876043是最有趣的传输信号，全基因范围内的信号与第一组分的甲基化模式是有联系的。而且我们发现在整体信号联系中只有少量的反式作用。正如预期的那样，通过测量的RNA序列，我们发现基因的启动子甲基化和基因表达水平呈 负相关关系。最后，发现有一个显着的SNP位点重叠，均与甲基化与基因的表达水平有关。
结论：我们的研究结果显示在个体间的差异在DNA甲基化方面有很强的遗传成分。此外，丰富的单核苷酸多态性会影响甲基化和基因表达，为共享机制的一小部分的基因提供了证据。
背景：DNA甲基化在真核生物的基因组起着重要的调节作用。甲基化的改变可以影响转录和表型的变化[1]，但DNA甲基化本身的变化根源，现在仍然知之甚少。大量证据确实存在DNA甲基化的个体差异随着年龄的增长[2,3]，组织[4,5]，物种[6]。在哺乳动物中，DNA甲基化是通过DNA甲基转移酶（转移酶）介导的，是在复制过程中负责重新甲基化和维持甲基化模式。参与合成的甲基化和DNA去甲基化的基因也可以影响甲基化的变化。例如，突变的甲基转移酶DNMT3L[7]和亚甲基四氢酸还原酶MTHFR[8]基因可导致人的血液中DNA低甲基化。这些变化发生在全基因组水平，与遗传变异是不同的，而是有针对性的对基因组区域影响DNA甲基化变异，例如，在H19/IGF2位点的差异性甲基化与遗传多态性有关9]。
最近的证据表明，DNA甲基化的依赖所在基因的序列含量[10〜12]。在对家庭与双胞胎甲基化模式的研究中发现有很强的遗传效应，但随机因素和环境因素也有可能发挥重要作用2,14]。最近的工作表明，基因变异可能对所在的甲基化模式有重大影响[5,15-18]，但影响甲基化的遗传变异是何种程度，机制尚不清楚。此外，在DNA甲基化变化的基础上对个体基因表达影响到何种程度，仍然是未知之数。
DNA甲基化一直被认为是基因表达的一个关键调节器。基因表达的遗传基础已经通过组织[19]和人口[20]进行了研究。两条证据都表明与基因表达变化有关的遗传变异主要位于启动子转录起始位点附近。然而，很少人知道遗传变异改变基因表达的确切的机制。通过结合遗传特性、表观遗传学和基因表达数据，可以知道这些过程之间的基本关系，但这样的研究是在基因组范围内是罕见的。最近的两项研究已经检测出人脑样品中DNA甲基化和基因表达之间的联系[5,18]。这两项研究都发现每个表型都有相当数量的位点，但只有的少数几个位点有较强的基因甲基化和表达的变化。
为了更好地理解遗传变异在控制DNA甲基化的变化的作用，以及其对基因表达变化带来的影响，我们从人类基因组单体型图采集了77个人的淋巴母细胞系（LCLs）并研究了DNA启动子甲基化。这些细胞系代表一种独特的资源，因为它们已经是人类基因组单体型图中密集的基因型21]，并且正在基因组计划中测序。另外，这些细胞系的基因表达和RNA测序[23,24]已经使用微矩阵研究了许多组，以及更小的变化研究染色质辅助功能和PolII的结合[25,26]。最后，一个单体型图细胞株，现在正在紧张研究的ENCODE项目[27]。这种融合来自同一个细胞株的全基因组数据的不同类型的遗传变异会影响基因调控的机制，最终实现更清晰的认识。
结果：DNA启动子甲基化模式的特征
为了研究个体间变异的甲基化图谱，我们测量了77个图约鲁巴人的淋巴母细胞系（LCLs）的整个基因组甲基化水平，这些样本来自无关从人类基因组单体型语（YRI）收集的个人。对于这些样品，我们也有可公开获得的基因型[21]，以及估计的RNA测序的77个样本中的69个基因的表达水平[24]。在重复使用的Illumina公司HumanMethylation27DNA分析微珠的芯片的检测，这是基于对基因分型的bisulfiteconverted进行甲基化图谱个人的CpG-网站提供的定量测量DNA甲基化的基因组DNA。TheIllumina阵列探测目标27,578CpGsites。然而，我们有限的探头，以绘制出独特的基因组中，并没有包含已知的序列变异分析，留给我们的一个数