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已知DNA 5-羟甲基胞嘧啶（5hmC）修饰与基因转录有关，经常用作研究哺乳动物发育和人类疾病中动态DNA甲基化转化的标记。然而，在不同的人类组织类型中缺乏全基因组范围的5hmC图谱，阻碍了关于5hmC如何与转录活性和组织特异性相关的一般性结论。

2020年12月2日，芝加哥大学何川团队在Nature Communications 在线发表题为“A human tissue map of 5-hydroxymethylcytosines exhibits tissue specificity through gene and enhancer modulation”的研究论文，该研究通过表征5hmC在源自十个器官系统的19个人体组织中的基因组分布，来描述5hmC的组织图。随后的测序结果使得能够鉴定全基因组范围内的5hmC分布，从而按组织类型唯一地分离样品。

5hmC谱与转录组和组蛋白修饰的进一步比较表明，5hmC在组织特异性基因体和增强子上优先富集。两者合计，结果提供了涵盖各种人类组织类型的广泛5hmC图谱，表明5hmC在组织特异性发育中的潜在作用以及促进将来DNA去甲基化在发病机理和5hmC作为生物标记物发展方面的资源。

DNA上胞嘧啶残基的表观遗传修饰通过调节基因转录在发育中起关键作用。研究最多的胞嘧啶修饰是5-甲基胞嘧啶（5mC），它与基因表达的抑制有关。具体而言，5mC使重复序列沉默，促进X染色体失活，并影响哺乳动物的基因组印迹。可以通过DNA复制进行被动稀释或通过TET家族蛋白进行主动去甲基化来去除5mC标记。

在主动去甲基化过程中，TET酶依赖于铁（II）/α-酮戊二酸将5mC氧化为连续的中间状态，包括5-羟甲基胞嘧啶（5hmC），5-甲酰基胞嘧啶（5fC）和5-羧基胞嘧啶（5caC）。胸腺嘧啶DNA糖基化酶（TDG）的进一步切除和碱基切除修复（BER）途径最终将5fC和5caC转化为未修饰的胞嘧啶。

在过去的十年中，研究表明，氧化形式的5mC，尤其是5hmC，除了在主动去甲基过程中充当“中间体”外，可能还具有多种独立的功能。与5fC和5caC不同，某些5hmC修饰在细胞周期中可以是稳定的表观遗传标记。在早期胚胎发育过程中，大多数5hmC修饰物都是从头甲基化5mC衍生而来，而不是从现有的5mC库中衍生出来的，这表明5hmC可能在发育中起特定作用。

确实，在胚胎干细胞和神经元细胞中观察到的高水平的5hmC似乎与多能性和神经发育相关。此外，已知5hmC修饰与基因体和增强子共定位，可以标记转录激活。值得注意的是，在最近的几项研究中，已证明5hmC修饰的基因座可作为多种人类癌症和其他复杂疾病的生物标记物。

尽管有大量研究将5hmC的变化与不同的发育过程以及病理生物学（例如癌症的发生和发展）联系起来，但对5hmC确切功能的了解仍然不完整。跨越不同人类组织类型的全基因组5hmC分布图将提供一个机会，以增强我们对正常组织中5hmC调节控制和人类疾病牵连的失调的了解。先前的研究要么使用了基于微阵列的技术，但缺乏全基因组范围的覆盖，或者仅关注有限的组织类型。

在这项研究中，报告了使用5hmC-Seal（一种敏感的化学标记方法）以及随后的下一代测序（NGS）获得的广泛的5hmC人体组织图。具体来说，系统地定义了5hmC的图谱，并在19种组织类型中进行了特征化，这些组织类型来自欧洲捐献者的十个器官系统。通过与Roadmap Epigenomics Project的基因表达数据和顺式调控元件数据进行比较，进一步评估了富含5hmC的区域的调控潜力和组织特异性。

参考消息：

https://www.nature.com/articles/s41467-020-20001-w

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