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DNA甲基化技术介绍及发展趋势

2020-6-4| 编辑: 小桔灯网| 查看: 6742| 评论: 0|来源: 联川生物

摘要: DNA 甲基化是表观遗传学(Epigenetics)的重要组成部分,在维持正常细胞功能、遗传印记、胚胎发育以及人类肿瘤发生中起着重要作用,是目前新的研究热点之一。介绍DNA甲基化是最早被发现、也是研究最深入的表观遗传调控 ...

DNA 甲基化是表观遗传学(Epigenetics)的重要组成部分,在维持正常细胞功能、遗传印记、胚胎发育以及人类肿瘤发生中起着重要作用,是目前新的研究热点之一。

介绍


DNA甲基化是最早被发现、也是研究最深入的表观遗传调控机制之一。广义上的DNA甲基化是指DNA序列上特定的碱基在DNA甲基转移酶(DNA methyltransferase,DNMT)的催化作用下,以s-腺苷甲硫氨酸(S-adenosyl methionine,SAM)作为甲基供体,通过共价键结合的方式获得一个甲基基团的化学修饰过程。这种DNA甲基化修饰可以发生在胞嘧啶的C-5位、腺嘌呤的N-6位及鸟嘌呤的N-7位等位点。一般研究中所涉及的DNA甲基化主要是指发生在CpG二核苷酸中胞嘧啶上第5位碳原子的甲基化过程,其产物称为5-甲基胞嘧啶(5-mC),是植物、动物等真核生物DNA甲基化的主要形式,也是发现的哺乳动物DNA甲基化的唯一形式。DNA甲基化作为一种相对稳定的修饰状态,在DNA甲基转移酶的作用下,可随DNA的复制过程遗传给新生的子代DNA,是一种重要的表观遗传机制。
脊椎动物基因的甲基化状态有三种:持续的低甲基化状态,如管家基因;去甲基化状态,如发育阶段中的一些基因;高度甲基化状态,如女性的一条失活的X染色体。
随着高通量测序技术(NGS)技术的发展,使我们能够从全基因组水平来分析5’甲基胞嘧啶及组蛋白修饰等事件,由此能够发现很多传统的基因组学研究所不能发现的东西。

DNA甲基化修饰类型



5mC是表观遗传最重要的一种修饰,广泛存在于植物、动物等真核生物基因组中, 称誉为“第五碱基”;
5hmC是新发现的一种的修饰碱基,称为哺乳动物的“第六碱基”;
6mA在细菌、藻类及动植物基因组中存在。

DNA甲基化检测技术发展史


从1992年BS作为甲基化的金标准定下来之后,在二代测序未出现之前主要是对于位点检测的焦磷酸测序。2005年二代测序出现后,基于抗体富集方法的MeDIP-seq和经典RRBS出现了,到2009年全基因组甲基化出现,但是当时的测序运用并不是很成熟,大多是基于MeDIP做的。2010年HiSeq 2000出现才开始BS金标准的方法去尝试WGBS、RRBS的改进,然而也没有解决甲基化技术和成本的问题,直到HiSeq X10出现,降低了测序成本,国内才开始推出WGBS。目前主流的是RRBS、WGBS和Illumina的850K芯片。

DNA甲基化检测的技术趋势


单碱基分辨率,亚硫酸盐测序
结合高通量测序(NGS)进行全基因组范围的检测
更广泛的样本来源,物种、类型
更少的样本量需求
更高质量的数据
更经济的成本

基于金标准技术优势;国内外服务商及测序生态系统(Illumina和BGI);SCI文章、甲基化数据积累趋势和认可度。二代测序平台的亚硫酸盐测序(Bisulfite Sequencing)是DNA甲基化检测的技术发展趋势。
Zymo Research是表观遗传技术重要提供商,出现在80%以上甲基化金标准研究文章中,官网提供了3种DNA甲基化检测方案,如下:

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