一種研究復制后 DNA 特定變化的新方法已作為技術報告發(fā)表在Nature Cell Biology上。研究人員開發(fā)了一種高度靈敏、基于定量質譜的方法，稱為 iDEMS(通過 EdU 標記質譜法分離 DNA)。

“我們工作的新穎之處在于，我們沒有使用該領域廣泛使用的測序方法，而是使用質譜法，這是這種方法首次用于測量純化、復制的 DNA 上的 DNA 修飾，”博士說. Stewart-Morgan，該報告的共同第一作者，來自哥本哈根大學諾和諾德基金會蛋白質研究中心(CPR)的Groth實驗室。

這種獨特的方法是與 MRC 倫敦醫(yī)學科學研究所 (LMS) 的 Hajkova 實驗室聯(lián)合項目的結果。“在 Groth 實驗室，我們擁有復制方面的專業(yè)知識，Hajkova 實驗室擁有通過質譜法研究 DNA 甲基化的專業(yè)知識。我認為這種多學科合作是該項目如此成功的很大一部分原因，”Stewart-Morgan 博士說解釋。“我們使用 iDEMS 的研究結果是明確的，并為未來的研究開辟了新的途徑。”

DNA修飾和細胞穩(wěn)定性

基因組是在細胞中發(fā)現(xiàn)的整套 DNA 指令。實際上，生物體中的所有細胞都包含相同的遺傳信息——但表達哪些基因取決于細胞的功能。這種細胞特異性基因表達受細胞的表觀基因組調節(jié)，該表觀基因組由與 DNA 結合的蛋白質以及對 DNA 的直接化學修飾組成。

最重要的表觀遺傳調節(jié)因子之一是 DNA 甲基化——一種化學標記，可以關閉不應表達的基因組區(qū)域。這些標記的模式對于維持細胞的穩(wěn)定性和特性非常重要：例如，肝細胞中的 DNA 甲基化模式與血細胞中的 DNA 甲基化模式不同。

當 DNA 在細胞分裂過程中復制時，與 DNA 相關的表觀遺傳標記(包括 DNA 甲基化)會被稀釋。新創(chuàng)建的 DNA 鏈需要重新建立甲基化水平和模式，以維持對基因表達、基因組穩(wěn)定性和細胞身份的表觀遺傳記憶的控制。

然而，這個過程的大部分內容是未知的，DNA 甲基化的丟失是分裂多次的細胞的一個共同特征，例如增殖能力很強的癌細胞和在人的一生中多次復制的衰老細胞。近年來，幾個小組嘗試使用測序方法研究這一過程，但復制后甲基化維持的確切動力學仍不清楚。

甲基化重建

使用 iDEMS，研究人員發(fā)現(xiàn) DNA 甲基化水平在復制后穩(wěn)定增加，4 小時后復制 DNA 和基因組 DNA 的水平相等。這表明該過程以穩(wěn)定、緩慢的速度進行。然而，它被細胞分裂超過了。

“隨著時間的推移，細胞在復制后沒有足夠長的時間來重新建立它們的甲基化，基因組的甲基化最終被稀釋。這是第一次非常清晰的甲基化重建動力學被證明。此外，我們看到DNA 甲基化水平的絕對量化，使我們能夠區(qū)分哪些甲基化標記是新建立的。這使我們對我們的動力學測量充滿信心，”Stewart-Morgan 博士報告說。

第二種化學標記

研究人員還使用 iDEMS 研究了第二個標記——DNA 羥甲基化——這是一種比甲基化更為罕見的基因組標記。Stewart-Morgan 博士說，他們的結果證實了早期的研究：“我們發(fā)現(xiàn)一條 DNA 鏈，即模板或‘親本’鏈，總是比另一條‘子鏈’具有更多的羥甲基化，支持早期的工作表明該標記區(qū)分基于年齡的 DNA 鏈，”她說。

“然而，我們還發(fā)現(xiàn)，在整個細胞周期中，親本鏈和子鏈之間的羥甲基化水平并不相等。這引發(fā)了新的問題，即細胞如何利用鏈之間的這種差異，例如在 DNA 過程中修理。”

iDEMS 的潛力

通過直接量化復制 DNA 上的 DNA 修飾，iDEMS 解析了 DNA 復制后的 DNA 甲基化和羥甲基化動力學。“iDEMS 是一種動態(tài)且信息豐富的工具，用于解決表觀基因組維護和 DNA 修飾生物學中的重要問題，”Stewart-Morgan 博士說。

展望未來，iDEMS 將有助于分析不同細胞環(huán)境(包括衰老和癌癥進化)中的甲基化和羥甲基化動態(tài)。與測序數(shù)據(jù)相比，質譜法提供了一種簡單、快速的讀數(shù)，因此 iDEMS 在效率至關重要的情況下很有用，例如在醫(yī)療環(huán)境和藥物發(fā)現(xiàn)研究中。

“我們的結果強調了通過多個鏡頭理解生物學的新方法的重要性。iDEMS 非常靈活，因為它可以與分子生物學中使用的其他已建立的方法相結合來觀察表觀基因組。因此，這種方法增加了一個重要的工具研究表觀基因組穩(wěn)定性的技術套件，”Stewart-Morgan 博士總結道。

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