第七种碱基5fC在基因组中的分布

来自英国剑桥大学的研究人员绘制了*张小鼠胚胎干细胞中5-甲酰基胞嘧啶（5fC）的基因组分布图，并评估了5fC在分化中的可能作用。该研究成果于8月17日发表在《Genome Biology》上。
近几年，科学家的研究重心从4种基本碱基逐渐转移到其他经过修饰的碱基。一开始是5mC，之后是5hmC，而随着5fC（5-甲酰基胞嘧啶）和5caC（5-羧基胞嘧啶）的发现，它们也称为热门的研究对象。这四种经过修饰的碱基被称为第5-8种碱基，也被称为“新四大碱基”。这一次，剑桥大学的研究对象是第7种碱基5fC。
胞嘧啶甲基化是一个重要的表观遗传学标记，它参与了基因组功能的调控。在哺乳动物的早期胚胎发育期间，胞嘧啶甲基化发生了显著的变化。尽管目前已经了解5mC的形成，但对DNA去甲基化的机制仍不清楚。近期有研究鉴定出参与去甲基化途径的关键分子，包括5mC被TET酶氧化成5-hmC和5fC，以及胸腺嘧啶DNA糖基化酶（TDG）对5fC的切除。
在检测胞嘧啶甲基化时，亚硫酸氢盐处理以及随后的高通量测序（BS-Seq）一直是金标准方法。然而，这种方法无法区分5mC和5hmC，或C和5fC/5caC。而之前的质谱分析表明，5fC在胚胎干细胞所有胞嘧啶中仅以0.02-0.002%存在，比5hmC还要低10-100倍。因此，5fC的检测需要一种可靠又灵敏的方法。
参照5hmC的研究方法，研究人员对5fC进行了化学修饰，共价连接了生物素标签，随后利用链霉亲和素包被的磁珠进行pulldown。之后对富集的DNA段进行深度测序，分析了小鼠胚胎干细胞中5fC的分布。
全基因组分析表明5fC集中在启动子和外显子的CpG岛。5fC相对集中的启动子对应了转录活跃的基因。因此，富含5fC启动子的H3K4me3水平升高，常常与RNA聚合酶II结合。TDG下调导致小鼠胚胎干细胞中5fC的累积，这与胚胎干细胞分化时这些基因组区域的甲基化增加相关。
作者认为，5fC在特定基因组区域的表观遗传重建（epigenetic reprogramming）上发挥作用，它在某种程度上受到TDG介导的切除的控制。值得注意的是，胚胎干细胞中5fC的切除是分化过程中建立正确的CpG岛甲基化模式所必需的。