本文關(guān)鍵詞：小鼠早期胚胎線粒體DNA重頭甲基化的研究

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【摘要】：作為細胞內(nèi)數(shù)量最多的細胞器,線粒體不僅是細胞能量合成的重要場所,同時還參與細胞內(nèi)離子平衡、氨基酸代謝、脂肪酸代謝、凋亡調(diào)控等諸多生物學(xué)過程。線粒體功能和動態(tài)的維持與調(diào)控需要眾多線粒體基因(Mitochondrial genes, MtGs)的參與。除了線粒體]DNA (mitochondrial DNA, mtDNA)自身編碼的37各基因外,大多數(shù)(約1200個)都是由核基因組編碼然后進入線粒體或與線粒體結(jié)合發(fā)揮作用。在早期胚胎發(fā)育過程中,從附植前的囊胚(E3.5)到附植后胚胎(E7.5、E10.5),線粒體會經(jīng)歷劇烈的功能和動態(tài)變化,這些變化對于早期胚胎的存活和生長發(fā)育至關(guān)重要。在此期間,早期胚胎經(jīng)歷了另一個重要的生物學(xué)事件,即DNA的重頭甲基化過程,該過程是體細胞核基因組建立DNA甲基化模式的生物學(xué)基礎(chǔ)。線粒體動態(tài)變化的窗口期與DNA重頭甲基化的窗口期時間上高度重合。本研究利用高通量的甲基化測序手段,即MeDIP-seq,發(fā)現(xiàn)大多數(shù)核編碼線粒體基因啟動子區(qū)的甲基化模式,完全服從整個核基因組的重頭甲基化過程,提示該過程對核編碼線粒體基因具有重要的調(diào)控作用。值得注意的是,特異性的針對mtDNA基因組甲基化水平的分析,發(fā)現(xiàn)早期發(fā)育過程中,線粒體mtDNA局部會發(fā)生甲基化顯著升高的現(xiàn)象。據(jù)此,我們推測,mtDNA在早期胚胎發(fā)育過程中會發(fā)生與核基因組類似的DNA重頭甲基化現(xiàn)象。進一步,利用更加精確的MeDIP-qPCR技術(shù),證實了從附植前囊胚到附植后胚胎,mtDNA整體發(fā)生了重頭甲基化現(xiàn)象,并且這一過程不依賴于mtDNA區(qū)段類型和CpG密度。接下來,對引起mtDNA重頭甲基化的機制進行了探索,利用免疫電鏡、Western blotting、ChIP-qPCR技術(shù)證實了對核基因組重頭甲基化具有關(guān)鍵作用的甲基轉(zhuǎn)移酶(DNA methyltransferases 3A, DNMT3A) 和 DNMT3B,在圍植期可以進入線粒體并且與mtDNA發(fā)生特異性的結(jié)合。在上述基礎(chǔ)上,利用MitoProtⅡ軟件預(yù)測了DNMT3A和DNMT3B具有線粒體靶向序列(Mitochondria-targeting sequence, MTS),并在細胞水平對其功能進行了驗證,證實了DNMT3A和DNMT3B具備進入線粒體的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。此外,利用商業(yè)化的MTS在293T細胞中進行了靶向線粒體的DNMT3A過表達,可以顯著升高293T細胞mtDNA甲基化水平。上述結(jié)果首次回答了mtDNA甲基化修飾從何而來的科學(xué)問題,并且通過功能性實驗證實了DNMT3A和DNMT3B在早期發(fā)育過程中可以進入線粒體,完成mtDNA的重頭甲基化過程。此外,基于線粒體在早期胚胎發(fā)育中的重要作用,利用E3.5、E7.5和E10.5三個重要發(fā)育階段的體內(nèi)胚胎(in vivo, IVO)和體外受精(in vitro fertilized, IVF)胚胎的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù),過濾出約1200個核編碼及mtDNA編碼的線粒體基因,進行功能學(xué)分析。結(jié)果顯示：(1)IVF胚胎圍植期的線粒體合成受到了抑制,并且mtDNA甲基化維持出現(xiàn)異常；(2)IVF胚胎的谷胱甘肽(GSH)合成以及GSH在線粒體中的抗氧化功能都受到持續(xù)的抑制,增加了IVF胚胎的凋亡；(3)IVF胚胎線粒體的β-氧化、氧化磷酸化和氨基酸代謝過程均出現(xiàn)持續(xù)的異常；(4)IVF胚胎的線粒體跨膜轉(zhuǎn)運和膜結(jié)構(gòu)的組織異常。這些結(jié)果提示,線粒體功能的紊亂可能是導(dǎo)致IVF胚胎發(fā)育異常的重要因素。據(jù)此,我們通過在體外培養(yǎng)階段添加對線粒體功能具有促進和修復(fù)作用的抗氧化分子褪黑素(melatonin),使IVF胚胎的線粒體功能得到顯著恢復(fù),進而緩解了IVF胚胎的發(fā)育異常。這為IVF發(fā)育異常的機制研究和技術(shù)改進提供了新的思路：細胞器損傷是影響IVF胚胎發(fā)育的關(guān)鍵,而針對特定細胞器的靶向性修復(fù)是改善IVF發(fā)育的有效途徑。
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：Q954.4

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2 白堅石,何忠效;哺乳動物DNA甲基化酶[J];生理科學(xué)進展;1997年01期

3 吳琳;張治國;張健;劉新平;李福洋;;靶向性甲基化酶真核表達載體pcDNA3.1-myc-3a的構(gòu)建[J];現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)進展;2010年03期

4 白堅石，何忠效，，顧郁;鼠肝DNA甲基化酶的純化及物理化學(xué)性質(zhì)的研究[J];生物化學(xué)雜志;1996年06期

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6 薛繼艷,何忠效;BamHI DNA甲基化酶的提純及物理化學(xué)性質(zhì)[J];生物化學(xué)雜志;1990年06期

7 林寧;孫海平;糜祖煌;;多重耐藥大腸埃希菌16SrRNA甲基化酶、氨基糖苷類修飾酶基因研究[J];中國抗生素雜志;2008年09期

8 何忠效,王順泰,姚知行,王秀奇;HL-60細胞DNA甲基化酶的純化和性質(zhì)[J];中國科學(xué)(B輯 化學(xué) 生命科學(xué) 地學(xué));1993年05期

9 田筱青;房靜遠;;組蛋白甲基化研究進展[J];生物化學(xué)與生物物理進展;2006年06期

10 彭正良;曹仁賢;文格波;;組蛋白賴氨酸去甲基化與基因調(diào)控[J];醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)雜志;2006年06期

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1 姚軍;李威;秦智偉;王曉武;武劍;;植物DNA甲基化及檢測方法[A];中國園藝學(xué)會十字花科蔬菜分會第六屆學(xué)術(shù)研討會暨新品種展示會論文集[C];2008年

2 汪宏良;鄒義春;柯俊;鮑群麗;羅卓躍;;多藥耐藥銅綠假單胞菌16S rRNA甲基化酶、氨基糖苷類修飾酶基因研究[A];湖北省暨武漢市微生物學(xué)會分析微生物專業(yè)委員會第十屆第五次學(xué)術(shù)會議論文匯編[C];2008年

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4 鄭一超;徐瑞敏;呂文蕾;黃薈杰;李金鳳;劉宏民;;組蛋白賴氨酸特異性去甲基化酶1的生物學(xué)意義及原核表達[A];2011年中國藥學(xué)大會暨第11屆中國藥師周論文集[C];2011年

5 韓志富;劉培源;程偉;谷立川;李宏;陳涉;柴繼杰;;組蛋白去甲基化酶JHDM1的晶體結(jié)構(gòu)研究[A];中國晶體學(xué)會第四屆全國會員代表大會暨學(xué)術(shù)會議學(xué)術(shù)論文摘要集[C];2008年

6 孔祥謙;歐陽斯盛;梁中潔;葉飛;陳麗敏;羅成;蔣華良;;賴氨酸特異性去甲基化酶1催化反應(yīng)機制的理論研究[A];第十一屆全國計算（機）化學(xué)學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2011年

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1 吳添文;五指山近交系小型豬骨髓和臍帶間充質(zhì)干細胞的全基因組甲基化和轉(zhuǎn)錄組聯(lián)合分析[D];中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2014年

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5 賈園薈;組蛋白去甲基化酶PHF8參與神經(jīng)分化的研究與UHRF1、UHRF2調(diào)控起始性DNA甲基化的功能研究[D];華東師范大學(xué);2013年

6 陳瑩;基于近紅外熒光的甲基化及其基因表達檢測新技術(shù)的研究[D];東南大學(xué);2015年

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9 楊敏;細胞色素C氧化酶Ⅱ亞基甲基化在慢性阻塞性肺疾病肺血管內(nèi)皮細胞凋亡中的作用[D];中南大學(xué);2009年

10 宋曉麗;無機砷甲基化及人砷甲基化酶催化機制[D];南京大學(xué);2010年

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1 蘇暢;基于白樺全基因組重亞硫酸鹽測序（bisulfite-sequencing）的甲基化圖譜分析[D];東北林業(yè)大學(xué);2015年

2 張嶧橋;高原適應(yīng)表觀遺傳學(xué)甲基化研究技術(shù)MS-RDA的優(yōu)化與應(yīng)用[D];中國人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院;2015年

3 張寶東;重離子輻射小鼠旁器官LINE1和B1甲基化遺傳分析[D];大連海事大學(xué);2015年

4 彭濤;胃癌組織的DNA甲基化和基因表達研究[D];河北北方學(xué)院;2015年

5 劉榮華;蛋白質(zhì)精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶PRMT5甲基化生物學(xué)功能研究[D];南京大學(xué);2013年

6 李彥偉;組蛋白去甲基化酶JMJD3表達與膠質(zhì)瘤相關(guān)性的研究[D];第四軍醫(yī)大學(xué);2014年

7 鄧向東;四川省畜禽動物源大腸桿菌質(zhì)粒介導(dǎo)16S rRNA甲基化酶耐藥基因檢測[D];四川農(nóng)業(yè)大學(xué);2014年

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10 席婷;部分雜交燦稻親本DNA甲基化多態(tài)性與遺傳穩(wěn)定性的初步研究[D];四川農(nóng)業(yè)大學(xué);2011年

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