人胚胎干细胞中non-CG甲基化建立的表观遗传学调控机制

This project is established based on the epigenetic regulation mechanism of the establishment of non-CG methylation in different species, and searched the noncoding RNAs and histone modifications, which play a key direct correlation role with the non-CG methylation in human embryonic stem cells. From two levels of non-coding RNA and histone H3K9 methylation to make a comprehensive and effective non-CG methylation establish mechanism.Specifically, study de novo methyltransferase Dnmt3s in hES cells through loss-of-function and gain-of-function experiments and in vitro DNA methylation assay. Then determine which Dnmt3s are responsible for the establishment of non-CG methylation. Meanwhile, study whether can the Dnmt3s combination of non-coding RNA serve to guide the enzyme created position of non-CG methylation in specific genomic. Due to loss function of H3K9me1,2 demethyltransferase(ibm1) in plant, increase the non-CG methylation, this mechanism will help us to understand whether can loss function of H3K9me1,2 or me3 demethyltransferase influence non-CG methylation. Finially, we make a proposal model that is the epigenetic regulation mechanism of noncoding RNA dependent DNA methylation and H3K9 methylation effect the establishment of non-CG methylation.

哺乳动物基因组通常是CpG甲基化，non-CG(包括mCHG和mCHH)甲基化非常少, 但在人胚胎干细胞（hESC）中，约1/4的甲基化是non-CG甲基化。不像CpG甲基化与基因沉默相关，non-CG甲基化则与基因表达呈正相关，它们是怎样建立的，哪个重新甲基化酶（Dnmt3家族成员）负责，与其它表观遗传机制是否相关，这些仍然未知。本项目拟首先通过功能获得和缺失实验，及细胞外的DNA甲基化实验，在hESC中找出建立non-CG甲基化的酶，继而因植物学领域已经明确，由于H3K9去甲基化酶（ibm1）的缺失可以导致 non-CG甲基化的增加，我们将在hESC中分析H3K9甲基化对于non-CG甲基化建立的影响。除此之外，因植物中DNA甲基化酶可以在非编码RNA的指导下进行non-CG甲基化，我们将研究非编码RNA是否能指导以上发现的non-CG甲基化酶在特定的基因组位置催化non-CG甲基化。

本项目从非编码RNA和组蛋白H3K9甲基化这两个方面探究人胚胎干细胞中特异存在的non-CG甲基化的建立，发现通过甲基化酶Dnmt3a,Dnmt3b结合的非编码RNA与在人胚胎干细胞中特异存在的non-CG甲基化位点，并不一致，说明可能并不是通过RNA介导的小RNA去建立DNA甲基化；而另一方面，在植物中存在的组蛋白修饰与DNA甲基化之间的关系，在人中也是存在的，与植物中IBM1相似，HR（Hairless）也是一个JHDM2家族JmjC domain包含蛋白中的一员，它被证实是一个H3K9去单甲基和双甲基化酶。而我们正在全基因组范围去分析，改变HR、H3K9单甲基和双甲基化，non-CG甲基化能否改变。明确non-CG甲基化和H3K9甲基化之间的相关性。并且，我们通过在间充质干细胞中，将Hr基因突变后，经过单细胞培养，克隆成球，扩繁，继而进行间充质干细胞的定向成脂和成骨分化，发现Hr的表达下调，可以增强成骨分化能力，抑制成脂分化。其实在这个方面，这是具有逆转衰老表型的能力，于是我们猜测，是否它是与衰老过程相关,相关进一步研究正在进行。