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全基因组分析揭示了 TET 和 TDG 依赖的 5-甲基胞嘧啶氧化动力学。

Genome-wide analysis reveals TET- and TDG-dependent 5-methylcytosine oxidation dynamics.

机构信息

Howard Hughes Medical Institute, Harvard Medical School, Boston, MA 02115, USA.

出版信息

Cell. 2013 Apr 25;153(3):692-706. doi: 10.1016/j.cell.2013.04.002. Epub 2013 Apr 18.

Abstract

TET dioxygenases successively oxidize 5-methylcytosine (5mC) in mammalian genomes to 5-hydroxymethylcytosine (5hmC), 5-formylcytosine (5fC), and 5-carboxylcytosine (5caC). 5fC/5caC can be excised and repaired to regenerate unmodified cytosines by thymine-DNA glycosylase (TDG) and base excision repair (BER) pathway, but it is unclear to what extent and at which part of the genome this active demethylation process takes place. Here, we have generated genome-wide distribution maps of 5hmC/5fC/5caC using modification-specific antibodies in wild-type and Tdg-deficient mouse embryonic stem cells (ESCs). In wild-type mouse ESCs, 5fC/5caC accumulates to detectable levels at major satellite repeats but not at nonrepetitive loci. In contrast, Tdg depletion in mouse ESCs causes marked accumulation of 5fC and 5caC at a large number of proximal and distal gene regulatory elements. Thus, these results reveal the genome-wide view of iterative 5mC oxidation dynamics and indicate that TET/TDG-dependent active DNA demethylation process occurs extensively in the mammalian genome.

摘要

TET 双加氧酶依次将哺乳动物基因组中的 5-甲基胞嘧啶(5mC)氧化为 5-羟甲基胞嘧啶(5hmC)、5-甲酰胞嘧啶(5fC)和 5-羧基胞嘧啶(5caC)。5fC/5caC 可被胸腺嘧啶-DNA 糖基化酶(TDG)和碱基切除修复(BER)途径切除和修复,从而再生未修饰的胞嘧啶,但尚不清楚这种主动去甲基化过程在多大程度上以及在基因组的哪个部位发生。在这里,我们使用修饰特异性抗体在野生型和 Tdg 缺陷型小鼠胚胎干细胞(ESCs)中生成了 5hmC/5fC/5caC 的全基因组分布图谱。在野生型小鼠 ESCs 中,5fC/5caC 在主要卫星重复序列中积累到可检测水平,但在非重复基因座中没有积累。相比之下,在小鼠 ESCs 中敲除 Tdg 会导致大量近端和远端基因调控元件中 5fC 和 5caC 的显著积累。因此,这些结果揭示了迭代 5mC 氧化动力学的全基因组视图,并表明 TET/TDG 依赖性主动 DNA 去甲基化过程广泛发生在哺乳动物基因组中。

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