華農李國亮團隊建立首個全面的等位特异DNA甲基化資料庫-ASMdb

DNA甲基化是現時已知的最穩定的錶觀遺傳修飾,與細胞分化、發育、X染色體失活和癌症等有關。先前的研究已經證實,某些具有ASM的特殊區域是易感的,並且與植物發育以及人類致癌密切相關。但是,目前為止,由於缺乏相關研究工具,關於ASM在疾病和發育中作用的研究還非常有限。

10月19日,信息學院李國亮教授團隊在Nucleic Acids Research發表了題為ASMdb: a Comprehensive Database for Allele-Specific DNA Methylation in Diverse Organisms的資料庫論文,建立首個全面的等位特异DNA甲基化資料庫-ASMdb。

DNA甲基化是現時已知的最穩定的錶觀遺傳修飾,與細胞分化、發育、X染色體失活和癌症等有關。等位特异DNA甲基化(Allele-specific DNA methylation,ASM)是一種成熟的基因組印迹機制,可以調節印迹基因的表達。先前的研究已經證實,某些具有ASM的特殊區域是易感的,並且與植物發育以及人類致癌密切相關。2018年發表在Nature genetics上的研究表明ASM在肺癌和結直腸癌中可以作為有效的腫瘤標誌物。2020年發表在Genome biology的研究發現ASM在淋巴瘤和骨髓瘤等癌症中發生了顯著增加。兩周前昆明理工大學牛昱宇、季維智團隊在Developmental Cell期刊上線上發表的研究發現食蟹猴中單倍型DNA甲基化是早期胚胎中調控印記基因的主要機制(專家點評Dev Cell |牛昱宇/季維智/張毅合作揭示靈長類親源印記調控區域動態變化過程及尅隆猴胎盤中的母源印記缺陷)。上述結果表明ASM在印記基因調控、作為腫瘤標誌物以及動植物組織發育中發揮著非常關鍵的作用。但是,目前為止,由於缺乏相關研究工具,關於ASM在疾病和發育中作用的研究還非常有限。囙此,研究ASM在疾病尤其是癌症中的作用是非常迫切和必要的。

本項研究中,研究團隊收集了47個物種(包括人類、小鼠、水稻和擬南芥等)的4400套BS-Seq數据集和1598套相應的RNA-Seq數据集,基於該研究團隊前期發表的ASM檢測工具MethHaplo(該檢測工具可以在不依賴SNP資訊的情况下完成全基因組ASM的檢測),建立了國內外首個全面綜合的等位特异DNA甲基化資料庫-ASMdb。在ASMdb中,研究團隊提供了單堿基分辯率DNA甲基化水准、等位特异DNA甲基化結果以及等位基因特异表達基因(Allele-specific expressed gene,ASEG)的結果,並進一步分析了這些物種的ASM/ASEG分佈模式。該資料庫不僅包含來自多個物種的ASM結果,還提供了來自相應RNA-Seq數据集的ASEG結果。

此外,為提供更多關於癌症中DNA甲基化和ASM資訊,團隊成員還整理了人類DNA甲基化的數據,並利用足够的數據樣本對9個組織(包括肝臟和肺等)的癌症和正常樣本進一步做了差异DNA甲基化和高頻ASM分析(圖2A,B)。通過分析發現,部分結果與已報導的關鍵腫瘤基因ASM變化是相一致的,而且團隊成員還發現了幾個潜在的ASM腫瘤相關基因(圖2C),這些具體分析結果能促進癌症中ASM的研究。ASMdb是一個全面的多物種ASM資料庫,可為後續ASM的分析和應用提供豐富資源,並促進ASM在疾病發生、動植物發育等各方面研究。

科研人員形象的介紹說,父母的資訊,是可以遺傳的。除了遺傳的DNA序列,還包括細胞所帶的東西(錶觀遺傳)和能量,就像“嫁妝”不同一樣。因而在遺傳疾病、雜種優勢研究中,由於父母本的DNA序列非常相似,可區分父母本DNA序列差异的單堿基變異(SNP)不够多,通過DNA甲基化資訊,可在更大範圍內識別父母本的錶觀遺傳差异,為雜種優勢、遺傳疾病的機理提供更多參攷。

Allele-specific DNA methylation資料庫(ASMdb)由華中農大信息學院完成。學院李國亮教授為論文通訊作者,周强偉、管鵬鵬、朱志賢為共同第一作者。資料庫的建立還有華中農大成盛、周聰、王歡歡、續倩及新加坡國立大學Wing-kin Sung教授幫助完成。該研究資料分析工作得到華中農大作物遺傳改良國家重點實驗室生物資訊計算平臺支持和幫助。

英文摘要:

DNA methylation is known to be the most stable epigenetic modification and has been extensively studied in relation to cell differentiation,development,X chromosome inactivation and disease.Allele-specific DNA methylation(ASM)is a well-established mechanism for genomic imprinting and regulates imprinted gene expression.Previous studies have confirmed that certain special regions with ASM are susceptible and closely related to human carcinogenesis and plant development.In addition,recent studies have proven ASM to be an effective tumour marker.However,research on the functions of ASM in diseases and development is still extremely scarce.Here,we collected 4400 BS-Seq datasets and 1598 corresponding RNA-Seq datasets from 47 species,including human and mouse,to establish a comprehensive ASM database.We obtained the data on DNA methylation level,ASM and allele-specific expressed genes(ASEGs)and further analysed the ASM/ASEG distribution patterns of these species.In-depth ASM distribution analysis and differential methylation analysis conducted in nine cancer types showed results consistent with the reported changes in ASM in key tumour genes and revealed several potential ASM tumour-related genes.Finally,integrating these results,we constructed the first well-resourced and comprehensive ASM database for 47 species(ASMdb,www.dna-asmdb.com).

原文連結:

https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkab937/6401900

資料庫連結:

https://www.dna-asmdb.com

本文標題: 華農李國亮團隊建立首個全面的等位特异DNA甲基化資料庫-ASMdb
永久網址: https://www.laoziliao.net/doc/1656039933105050
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