賓夕法尼亞大學(xué)佩雷??爾曼醫(yī)學(xué)院的研究人員發(fā)明了一種新方法來繪制稱為5-甲基胞嘧啶(5mC)的特定DNA標(biāo)記，它調(diào)節(jié)基因表達(dá)并在健康和疾病中發(fā)揮關(guān)鍵作用。這項創(chuàng)新技術(shù)允許科學(xué)家使用非常小的樣本來分析DNA而不會損壞樣本，這意味著它有可能用于液體活檢(檢測血液中的癌癥標(biāo)記物)和早期癌癥檢測。
此外，與目前的方法不同，它還可以清楚地識別5mC，而不會與其他常見標(biāo)記混淆。這種名為直接甲基化測序(DM-Seq)的新方法在今天的NatureChemicalBiology文章中有詳細(xì)介紹。
除了DNA的主要堿基(腺嘌呤、胞嘧啶、鳥嘌呤和胸腺嘧啶)之外，DNA修飾中還有一層信息可以控制任何給定細(xì)胞類型中哪些基因“開啟”或“關(guān)閉”。5mC被認(rèn)為是這些修飾中最重要的一種，因為它是所有哺乳動物中最常見的DNA修飾類型，并且以沉默某些基因而聞名。
“5mC可以作為細(xì)胞身份的指紋，因此對于科學(xué)家來說，擁有分離5mC和僅分離5mC的能力非常重要，”賓夕法尼亞大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)和生物物理學(xué)副教授RahulKohli博士說。該研究的資深作者。“DM-Seq使用兩種酶來定位5mC，并且可以應(yīng)用于稀疏DNA樣本，這意味著它可以用于例如血液測試，尋找從腫瘤或其他疾病組織釋放到血液中的DNA。”該研究由醫(yī)學(xué)博士/博士TongWang領(lǐng)導(dǎo)。Kohli實驗室的學(xué)生。
5mC等DNA修飾可作為表觀遺傳(可逆的、環(huán)境引起的)調(diào)節(jié)劑，改變DNA的讀取方式。5mC涉及在胞嘧啶的特定位點附著一小群稱為甲基的原子，胞嘧啶也稱為四字母DNA字母表中的字母“C”。這種修飾的存在可以通過直接和間接機(jī)制阻礙附近DNA的表達(dá)。
被5mC失活的DNA包括蛋白質(zhì)編碼基因，其活性在特定生命階段的特定細(xì)胞類型中可能不合適，以及DNA中應(yīng)始終被抑制的病毒樣元素。不出所料，5mC的異常缺失或過量會導(dǎo)致基因表達(dá)異常，從而引發(fā)癌癥等疾病。5mC的某些異常模式被認(rèn)為是某些癌癥的特征——這強(qiáng)調(diào)了擁有準(zhǔn)確和特定的5mC映射方法的重要性。
繪制5mC的方法使用以不同方式與5mC和正常未修飾胞嘧啶反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)或酶，從而可以區(qū)分兩者。但傳統(tǒng)方法亞硫酸氫鹽測序(BS-Seq)對DNA具有顯著破壞性，并且無法區(qū)分5mC和另一種稱為5-羥甲基胞嘧啶(5hmC)的重要甲基化類型。最近開發(fā)的方法也有缺點，包括需要相對大量的DNA。
DM-Seq利用兩種可以修飾DNA的酶，一種設(shè)計者DNA甲基轉(zhuǎn)移酶和一種DNA脫氨酶，它們一起可以直接和特異性地檢測5mC。它也足夠靈敏，可以用納克量的DNA來完成，這使得它適用于液體活檢應(yīng)用。
研究人員對膠質(zhì)母細(xì)胞瘤型腦腫瘤樣本進(jìn)行了DM-Seq，證明與傳統(tǒng)的BS-Seq相比，DM-Seq能夠更好地區(qū)分基因組關(guān)鍵位點的5mC和5hmC，這些位點的甲基化水平可用于預(yù)測患者結(jié)果。
研究人員還將DM-Seq與另一種名為TAPS的新興5mC測序技術(shù)進(jìn)行了比較，該技術(shù)正在探索其在癌癥診斷中的潛在應(yīng)用，表明后者具有先前未發(fā)現(xiàn)的缺點，即降低其5mC檢測靈敏度。
“這些發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了直接從DM-Seq檢測5mC而不是傳統(tǒng)測序方法的方法，可以推動在癌癥治療中使用表觀遺傳測序進(jìn)行預(yù)后目的的努力，”Kohli說。
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