DNA甲基化和去甲基化

DNA甲基化是将一个甲基基团添加到DNA分子的过程。DNA的四个碱基中的两个，胞嘧啶和腺嘌呤，可以被甲基化，最普遍也是研究最深入的胞嘧啶第5位的甲基化，5mC。        

5mC在真核生物和原核生物中均很普遍，但甲基化程度在物种之间差异很大：拟南芥中约14％的胞嘧啶甲基化，小鼠中约7.6％，绒泡菌中4％至8％，大肠杆菌2.3％，在果蝇0.03％，果盘杆菌中为0.006％，而在秀丽隐杆线虫真菌中则几乎不发生甲基化。     

5mC甲基化是依赖胞嘧啶的所在的环境序列的，主要有三种序列环境：CG（或CpG），CHG或CHH。在哺乳动物中，虽然非CpG甲基化在胚胎干细胞、造血祖细胞中被报道过，DNA甲基化几乎只存在于CpG二核苷酸中；但是在植物中，尤其是植物特异的rdDM（RNA介导的DNA甲基化）过程中，胞嘧啶的甲基化则不依赖该序列环境，CG、CHG和CHH都可能维持很高水平。     

DNA的甲基化和去甲基化处在一个动态平衡中，都是由酶来催化的：

• DNA甲基化是由DNMT（DNA甲基化转移酶）家族成员催化和维持的，其中DNMT3负责催化新的甲基化产生，而DNMT1则维持已有胞嘧啶的甲基化；
• DNA去甲基化则是一个复杂的过程，TET家族蛋白首先氧化5mC产生5hmC，进而是5fC和5caC，最终被TDG糖苷酶识别并切割，形成无碱基AP位点，并通过碱基切除修复（BER）生成未甲基化的胞嘧啶；

技术简介

5mC DIP-seq是基于抗体富集原理进行测序的全基因组甲基化检测技术，采用免疫共沉淀测序技术，通过特异性抗体富集基因组上发生5mC甲基化的DNA片段，再利用高通量测序，可以在全基因组水平上进行高精度5mC甲基化区域研究。利用5mC DIP-seq技术，可以快速有效地寻找基因组DNA上的甲基化区域，从而比较不同细胞、组织或是疾病样本间的DNA甲基化修饰模式的差异。

服务流程

结果展示

A：Reads在基因上的覆盖情况：在peak区域，IP的reads呈现锐利的尖峰；非peak区域的背景很低（横轴为基因位置，左纵轴为覆盖度）

B：Peak在基因TSS附近的分布，呈现峰-谷-峰的典型特征

C：Peak在基因功能元件的分布，其中基因间区（intergenic）和内含子（intron）区域占比高

D：5mC DIP-seq与RNA-seq联合分析的四象限图

技术优势

一站式服务：可完成从DNA提取，IP富集，文库制备，上机测序到数据分析的一站式服务

优化的实验流程：IP的富集效率是决定数据质量的关键，IP实验采用预验证的商业化抗体和精心优化的实验流程，具有极高的效率和特异性

严格的质控：实验的各个关键步骤进行严格的质控，全程监控实验质量，确保客户得到优质的数据

自动化IP工作站：可在1天时间内完成32个样品的平行IP实验，缩短项目周期、提高结果稳定性

研究思路

猪睾丸发育过程中的MeDIP-seq和RNA-seq分析揭示了LDHC启动子上的功能性DMR

睾丸发育相关基因表达由表观遗传修饰紧密调控，但它们的机制仍待阐明。 本研究中，作者使用m5C DIP-seq鉴定了猪睾丸中的全基因组DNA甲基化修饰情况（图A）。鉴定出超过1100个启动子差异甲基化基因（DMGs），GO/KEGG富集分析表明其中大多数与睾丸发育相关（图C&D）。 作者进一步结合RNA-seq结果，联合分析（图E&F）发现在睾丸发育过程中，睾丸代谢中起着关键作用的睾丸特异性基因——乳酸脱氢酶C（LDHC）基因的表达受DNA甲基化调控（图G）。 基于DIP-seq结果并结合后期进一步验证实验，作者发现在青春期前的睾丸中：LDHC的启动子大量甲基化，而在青春期后的睾丸中明显去甲基化。结果突显了DNA甲基化在睾丸发育中的功能和调控。

参考文献：Zhou, Changfan, et al. "MeDIP-seq and RNA-seq analysis during porcine testis development reveals functional DMR at the promoter of LDHC." Genomics 114.5 (2022): 110467.