DNA甲基化修饰整体研究方案

Nature 项目：DNA 甲基化测序助力人多能干细胞向胚胎全能8细胞的人工诱导

本研究是应用人多能干细胞向胚胎8 细胞状态人工诱导的科研成果。研究者通过与胚胎发育8 细胞DNA 甲基化对比，探究e4CL 培养基用于8CLC 细胞转化过程中，原始多能和全能性基因的甲基化变化情况。易基因运用简化基因组甲基化测序(RRBS)、单细胞和微量细胞基因组DNA 甲基化测序等技术，完成了研究中不同人工干预及细胞状态下的基因组DNA 甲基化的时空动态变化。

图：始发态PSC、4CL和8CLC微量/单细胞全基因组甲基化测序甲基化水平分析

图：DPPA3基因敲除后不同细胞甲基化变化[1]

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Cell项目：微量DNA甲基化测序助力中国科学家成功构建胚胎干细胞嵌合体猴

该研究在国际上首次成功构建了高比例胚胎干细胞贡献的出生存活嵌合体猴，并证实了猴胚胎干细胞可以高效地贡献到胚外胎盘组织和生殖细胞。易基因为研究者提供微量WGBS测序分析，从表观遗传学层面证明发育过程中DNA甲基化的调控作用。

左图：在不同条件下以及不同培养期猴ESCs的表观基因组特征

右图：在1、3、7和10个传代的原始条件和4CL原始条件下培养的ESC，在不同基因组区域，原始多能基因，原始多能性位点以及印记基因启动子区域的DNA甲基化水平

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WGBS项目：PM2.5引起男性生殖障碍的DNA甲基化调控机制

本研究建立一个实时PM2.5暴露模型，揭示PM2.5暴露可能导致睾丸功能障碍，包括精子发生障碍和类固醇激素功能障碍。睾丸5-甲基胞嘧啶（5mC）全基因组水平降低表明DNA甲基化可能与PM2.5暴露诱导的睾丸损伤有关。全基因组甲基化分析揭示了睾丸DNA的基因组低甲基化，并在CAP组与UA组和FA组中发现1000多个差异甲基化区域（DMR），表明PM2.5暴露（即使低剂量）可以调控睾丸甲基化。甲基化和转录组联合分析鉴定出一些关键甲基化基因和网络，这些基因和网络可能参与精子发生和类固醇激素合成。

图：WGBS揭示PM2.5暴露诱导睾丸全基因组低甲基化

图：WGBS和RNA-seq关联分析[3]

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PNAS项目：DNA甲基化保护早期胚胎线粒体基因组稳定性

本研究团队发现线粒体基因组经历了mtDNA从头甲基化，可以保护mtDNA免受着床前窗口期间氧化增强的损伤。线粒体基因组在在由囊胚向附植后胚胎发育的过程中，发生广泛的mtDNA甲基化，从而在囊胚的低甲基化状态中建立相对高甲基化的mtDNA。揭示了关键围发育期mtDNA甲基化动态及其潜在机制，并揭示了线粒体表观遗传重塑与代谢变化之间的功能相关性，证明了核基因组-线粒体在建立线粒体表观遗传学和维持线粒体稳态中的作用。

图：E3.5、E7.5 和 E10.5 胚胎中小鼠线粒体基因组中检测到的线性化 mtDNA甲基化

图：先前发表的人和小鼠早期胚胎的线粒体DNA甲基化水平的WGBS分析 [4]

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oxRRBS项目：复发性膀胱癌的DNA甲基化和羟甲基化变化图谱和PD-L1表达标记物预测

该研究通过全外显子组测序（WES）、简化基因组甲基化测序（RRBS）+氧化简化基因组甲基化测序（oxRRBS）及对应的转录组测序（RNA-seq）等多组学方法揭示了原发性和复发性膀胱癌的基因组、转录组、DNA甲基化组和羟甲基化组图谱，并鉴定出用于预测PD-L1表达的生物标志物。结果表明表观遗传变化比基因突变更早和更多参与UBC复发和PD-L1调控，证明了使用DNA甲基化标记物预测膀胱癌患者免疫治疗反应的潜力。

图：单碱基分辨率对膀胱癌样品进行5mC和5hmC分析

图：PD-L1高表达膀胱癌症的甲基化变化[5]

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oxWGBS项目：宫颈癌发生过程中的表观遗传特征变化

本研究选择从健康宫颈到CIN到宫颈癌（CC）的一系列样本，进行全基因组亚硫酸盐测序 (WGBS-seq)、oxWGBS-seq、RNA-seq 和组蛋白修饰数据进行综合分析，以确定CC特异性的潜在表观遗传生物标记物。

图：oxBS揭示宫颈癌发生过程中的DNA甲基化和羟甲基化水平变化[6]

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hMeDIP-seq项目：铁离子依赖表观调控促进狼疮致病性T细胞分化

本研究首次揭示铁离子过载通过调节DNA去甲基化促进以滤泡辅助性T细胞为代表的致病性T细胞异常分化，从而加重自身免疫抗体产生及系统性红斑狼疮（SLE）发病，提示T细胞内铁离子可能是治疗SLE的新靶点。

图：BCL6基因的5mC MeDIP-seq和5hmC hMeDIPseq的代表性IGV分析[7]

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ACE-seq案例：无需亚硫酸盐转化精准区分甲基化和羟甲基化标记

此研究建立一种利用DNA脱氨酶（APOBEC3A）实现的非破坏性的、低起始DNA量的鉴定5hmC技术（ACE-seq）。与传统亚硫酸盐测序（BS-Seq）不同，ACE-seq不依赖于亚硫酸盐处理，而是通过酶促脱氨反应来区分未修饰的胞嘧啶（C）和5-甲基胞嘧啶（5mC），同时保护5hmC不被转化为尿嘧啶。这种方法允许对cfDNA中的5hmC进行精确的定位和定量分析。

图：ACE-seq 测序的高准确性[8]

① Mazid, M.A., Ward, C., Luo, Z. et al. Rolling back of human pluripotent stem cells to an 8-cell embryo-like stage. Nature (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-04625-0

② Cao, Jing, Wenjuan Li, Jie Li, Md. Abdul Mazid, Chunyang Li, Yu Jiang, Wenqi Jia, et al. 'Live Birth of Chimeric Monkey with High Contribution from Embryonic Stem Cells'. Cell 186, no. 23 (November 2023): 4996-5014.e24. https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.10.005.

③  Zhang Z, et al. Genome-wide alternation and effect of DNA methylation in the impairments of steroidogenesis and spermatogenesis after PM2.5 exposure. Environ Int. 2022 Sep 24;169:107544.

④ Yue Y, et al. Mitochondrial genome undergoes de novo DNA methylation that protects mtDNA against oxidative damage during the peri-implantation window. Proc Natl Acad Sci U S A. 2022 Jul 26;119(30):e2201168119. doi: 10.1073/pnas.2201168119. PubMed PMID: 35858425.

⑤ Shi ZD, et al. Integrative multi-omics analysis depicts the methylome and hydroxymethylome in recurrent bladder cancers and identifies biomarkers for predicting PD-L1 expression. Biomark Res. 2023 May 3;11(1):47.

⑥Han Y, et al. An epigenomic landscape of cervical intraepithelial neoplasia and cervical cancer using single-base resolution methylome and hydroxymethylome. Clin Transl Med. 2021 Jul;11(7):e498. doi: 10.1002/ctm2.498. PubMed PMID: 34323415.

⑦Gao X,et al. Iron-dependent epigenetic modulation promotes pathogenic T cell differentiation in lupus. J Clin Invest. 2022 May 2;132(9) pii: 152345. doi: 10.1172/JCI152345. PubMed PMID: 35499082.

⑧ Schutsky EK, et al.Nondestructive, base-resolution sequencing of 5-hydroxymethylcytosine using a DNA deaminase. Nat Biotechnol. 2018 Oct 8. pii: nbt.4204. doi: 10.1038/nbt.4204. PubMed PMID: 30295673.

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