DNA甲基化及其法医学应用

陈雨

（中国刑警学院 辽宁沈阳 110035）

DNA甲基化及其法医学应用

陈雨

（中国刑警学院 辽宁沈阳 110035）

DNA 甲基化是一种重要的表观遗传学修饰，在细胞的增殖、分化、衰老过程中均有发生，并可以将甲基化状态的基因遗传给后代。通过对DNA甲基化的简单介绍及研究并将其应用到基因调控表达、疾病研究、法医工作等方面十分必要。文章将先对DNA甲基化做一简单介绍，再浅谈其在法医工作中的应用，以期对相关工作人员有所助益。

DNA甲基化 检测方法 应用

表观遗传学是一种基因表达改变的机制或现象,其基因型未发生改变,但是表型发生改变,主要研究的是基因型与表型之间的关系。表观遗传学现象主要包括有：DNA 甲基化现象、染色质重组现象、核小体的重塑现象以及组蛋白修饰现象等［1］。 DNA甲基化是最早发现的重要的表观遗传修饰之一,是指在DNA序列中嘌呤与嘧啶碱基在各种甲基转移酶的作用下与甲基发生共价结合,并可以传递给子代的表观遗传现象。DNA甲基化在个体的生长发育过程中起着十分重要的作用,是基因组进行局部调整的方式之一。

1 DNA甲基化

1.1 DNA甲基化机制

甲基化修饰位置主要有：鸟嘌呤的N-7位,腺嘌呤的N-6位,胞嘧啶的N-4位及C-5位。而其中的胞嘧啶C-5位是真核生物甲基化最为常见的位点,是当今甲基化研究的重要课题。在哺乳动物基因组中, CpG序列呈不均匀分布,其出现的频率往往低于其它双核苷酸序列出现的频率,但在某些区域中CpG序列出现的频率又很高,有时可达均值的5倍以上成为富集区,形成CpG岛 。而在人类基因组 DNA中,DNA甲基化仅生于CpG 二核苷酸中胞嘧啶5-位碳原子上,形成5甲基胞嘧啶［2］。

1.2 DNA甲基化转移酶

常见的甲基化转移酶有两种：1、维持型甲基转移酶,该酶又有两种变体,Dnmt1s和Dnmt1o,维持型甲基转移酶需要以半甲基化双链 DNA 作为模板,通过转录复制指导新合成的链进行甲基化；2、全新甲基化酶Dnmt3a以及 Dnmt3b,将在特定启动子的CpG二核苷酸周期性甲基化当中起作用,这种甲基转移酶不依赖半甲基化的DNA分子中的甲基化模板而从新开始合成5-mC。

1.3 DNA甲基化特点

（1）信息容量大：DNA甲基化修饰可大量发生在人体的各类细胞、各个分化时期及发育阶段。在基因组中有大量的CpG岛,其中包含甲基化状态的胞嘧啶和未甲基化状态的胞嘧啶,组合后可储存大量的遗传信息。

（2）可遗传：甲基化后的DNA仍然遵循遗传学上的半保留复制原则,来自亲代的甲基化模板链与新合成链之间按照碱基互补配对原则结合,形成甲基化的新链,在有丝分裂的过程中将甲基化模式遗传给子代。

（3）相对稳定性：DNA甲基化修饰属于基因突变的一种,是不确定性事件。但是一旦甲基化发生之后就会随亲代遗传给后代,短时间内不会随内外环境的变化而变化,因而具有相对稳定性。

（4）病理特异性：DNA甲基化修饰在个体不同发展阶段大致遵循一定的规律发生,故在不同病理状态下时,DNA甲基化状态的发展规律不同。例如许多肿瘤的发生与DNA甲基化有关,不同的肿瘤其甲基化的模式不同,具有各自的特异性。

2 DNA甲基化的法医学应用

DNA 甲基化与基因组印迹之间具有密切关系。大量研究表明在基因组印迹中不表达的基因受DNA甲基化的调控,主要表现为富含 CpG 岛成簇存在并在遗传过程中稳定存在,极易发生甲基化造成单等位基因表达的现象。对印迹基因的研究表明其可用于法医工作中的相关鉴定分析。

2.1 DNA甲基化与亲子鉴定：可以通过利用亲缘间特异性DNA的甲基化标志来确定亲代的必须基因,例如父亲的基因甲基化而母亲未甲基化,通过MSP技术分别扩增亲代的等位基因,则甲基化引物的扩增产物一定是来自父亲,未甲基化引物的扩增产物一定是来自母亲。这样便可轻易的确定出必须基因。

2.2 DNA 甲基化与同卵双生鉴别：同卵双生是指一个受精卵卵裂之后产生两个细胞,之后发育成个体。同卵双生的两个个体具有完全相同的遗传背景,普通遗传标记无法进行区分。但近年来随着DNA甲基化研究不断深入,研究表明同卵双生个体在表观遗传修饰方面具有一定的选择特异性差异。因而可以通过鉴定DNA甲基化修饰来鉴定同卵双生个体。

2.3 DNA 甲基化与年龄鉴定：人类基因组中的DNA甲基化程度与年龄密切相关,在胚胎发育的过程中细胞的甲基化模式有规律的变化,在个发育的过程中细胞DNA甲基化模式差异逐渐形成,在有丝分裂的过程中不变。一般随着年龄的增长DNA 甲基转移酶含量减少而使DNA甲基化水平降低,但是对于不同的细胞、不同的基因其特定DNA片段的甲基化可以降低也可以增高。

2.4 DNA甲基化与性别鉴定：在女性两性染色体中常常其中一条发生大量甲基化,因而两条染色体存在显著差异,因而DNA甲基化可用于性别鉴定。赵贵森等利用限制性内切酶HpaⅡ分别消化男性和女性的性染色体,其中女性的呈甲基化活性状态的一条X染色体 HUMARA 基因座可以成功扩增,而未甲基化的染色体不能扩増,从而鉴定性别［5］。

DNA甲基化在法医学遗传学方面的应用已经很久,但是对于DNA甲基化在法医学中的应用目前多数是应用方向的理论方面的假设与推断,缺乏可靠的实际案例的证明。但是随着研究的不断深入,可以预想DNA甲基化在法医工作中的应用也会更加广泛。

［1］陶冶，王勇. DNA甲基化及其新进展［J］. 国际妇产科学杂志.2010，37（5）： 340-343.

［2］张松法，叶枫，陈怀增等.基因组CpG岛甲基化检测技术研究［J］.国际遗传学杂志，2006，29（3）：201-203.

［3］周翠兰，张佳，李凯等. DNA甲基化的生物学意义及其检测方法［J］.南华大学学报， 2005， 33（2）：148-152.

［4］晁远，翁立冬，曾嵘.基因组DNA甲基化水平与不明原因早期自然流产的相关性［J］.南方医科大学学报，2014，34（10）：1498-1502.

［5］关亚卿，李淑瑾，丛斌.DNA 甲基化在法医DNA分析中的应用［J］.中国法医学杂志，2011 ，26（5）：380-386.

Q3

A

1674-2060（2016）03-0303-01