最近发表在《Nature Cell Biology》杂志上的一篇技术报告介绍了一种检测复制后DNA特定变化的新方法。科学家们设计了一种高度敏感的定量方法，利用称为iDEMS(通过EdU标记质谱分离DNA)的质谱。这项工作的新颖之处在于，没有使用在该领域广泛使用的测序方法，而是使用了质谱法，这是第一次用这种方法来测量纯化的、复制的DNA上的DNA修饰。

DNA修饰和细胞稳定性

基因组是在细胞中发现的一整套DNA指令。实际上，一个生物体内的所有细胞都含有相同的遗传信息，但哪些基因被表达取决于细胞的功能。这种细胞特异性基因表达由细胞的表观基因组调控，表观基因组包括与DNA结合的蛋白质，以及对DNA的直接化学修饰。最重要的表观遗传调控因子之一是DNA甲基化，这是一种化学标记，可以关闭基因组中不应该表达的区域。这些标记的模式在维持细胞的稳定性和特性方面非常重要:例如，肝细胞中的DNA甲基化与血细胞中的DNA甲基化模式不同。

当DNA在细胞分裂过程中复制时，与DNA相关的表观遗传标记，包括DNA甲基化，会被稀释。新创建的DNA链需要重新建立甲基化的水平和模式，以维持对基因表达、基因组稳定性和细胞身份的表观遗传记忆的控制。

然而，关于这一过程的很多东西都是未知的，DNA甲基化的丧失是多次分裂的细胞的一个共同特征，比如癌细胞，它是非常增殖的细胞，以及在人的一生中多次复制的衰老细胞。近年来，一些研究小组试图使用测序方法来研究这一过程，然而，复制后甲基化维持的确切动力学尚不清楚。

甲基化重建

利用iDEMS，研究人员发现DNA甲基化水平在复制后稳步上升，4小时后，复制DNA和基因组DNA的甲基化水平相等。这表明这一过程以稳定而缓慢的速度进行。然而，它被细胞分裂所超越。

随着时间的推移，细胞在复制后没有足够的时间重新建立甲基化，基因组的甲基化最终会被稀释。

这项研究使科学家首次看到了DNA甲基化水平的绝对定量，以及区分新建立的甲基化标记，为甲基化重建动力学开辟了道路。

第二种化学标记

研究人员还使用iDEMS研究了第二个标记——DNA羟甲基化，这是一种比甲基化更罕见的基因组标记。他们的研究结果证实了早期的研究——一条DNA链，即模板链或'亲本'链，总是比另一条'子代'链有更多的羟甲基化，这支持了根据年龄区分DNA链。

iDEMS的潜力

通过直接量化复制DNA上的DNA修饰，iDEMS解决了DNA复制后的DNA甲基化和羟甲基化动力学。iDEMS是一个动态和信息丰富的工具，用于解决表观基因组维护和DNA修饰生物学中的重要问题。

展望未来，iDEMS将有助于分析不同细胞环境下的甲基化和羟甲基化动力学，包括衰老和癌症进化。与测序数据相比，质谱分析提供了一个简单、快速的读数，因此，在效率是关键的地方，如医疗环境和药物发现研究中，iDEMS可能是有用的。

“我们的研究结果强调了通过多个镜头来理解生物学的新方法是多么重要。iDEMS非常灵活，因为它可以与分子生物学中使用的其他既定方法相结合来观察表观基因组。因此，这种方法为研究表观基因组稳定性的一系列技术增加了一个重要工具，”哥本哈根大学诺和诺德基金会蛋白质研究中心(CPR) Groth实验室的Stewart-Morgan博士总结道。                

参考文献：Quantifying propagation of DNA methylation and hydroxymethylation with iDEMS. Kathleen R. Stewart-Morgan, Cristina E. Requena, Valentin Flury, Qian Du, Zoe Heckhausen, Petra Hajkova and Anja Groth, 12 January 2023, Nature Cell Biology.