DNA甲基化對生命活動非常重要,是基因調控的手段之一。DNA的甲基化狀態(tài)對染色體的結構維持、X染色體失活、基因印記以及胚胎發(fā)育、正常細胞功能維持,乃至疾病、癌癥發(fā)生都是十分重要的。全基因組甲基化測序是將重亞硫酸鹽(Bisulfite)處理方法和Illumina高通量測序相結合,對有參考基因組信息的物種進行全基因組范圍內的甲基化水平的測序。全基因組甲基化可以精確到單堿基分辨率,精確分析每一個C堿基的甲基化狀態(tài),從而構建全基因組甲基化圖譜。全基因組重亞測序達到全基因組覆蓋, 是研究甲基化水平的“金標準”。
全基因組甲基化測序結合了亞硫酸氫鹽轉化(bisulfite conversion)方法與新一代高通量測序技術,可在單堿基分辨率水平上高效地檢測全基因組DNA甲基化狀態(tài)。亞硫酸氫鹽處理可以使DNA中未發(fā)生甲基化的胞嘧啶脫氨基轉變成尿嘧啶,而甲基化的胞嘧啶保持不變,PCR擴增所需片段,則尿嘧啶全部轉化成胸腺嘧啶。對 PCR產(chǎn)物進行高通量測序,與參考序列比對,即可判斷CpG/CHG/CHH位點是否發(fā)生甲基化。
甲基化測序的優(yōu)勢
- 可發(fā)現(xiàn)整個基因組中所有CpG、CHH和CHG區(qū)域的甲基化模式
- 能以少量的DNA捕獲全面的樣品多樣性
- 能查看大多數(shù)物種基因組中幾乎每個胞嘧啶的甲基化
測序整個樣品 – 而不丟失信息
許多方法利用NGS的高質量和靈敏度來進行甲基化分析。大多數(shù)方法依賴于DNA的重亞硫酸鹽轉化來檢測未甲基化的胞嘧啶。在文庫制備過程中,重亞硫酸鹽將未甲基化的胞嘧啶轉化成尿嘧啶。轉化后的堿基在測序中被識別為胸腺嘧啶(PCR后),并通過序列計數(shù)來確定甲基化胞嘧啶的比例。
重亞硫酸鹽轉化測序可通過靶向方法完成,如擴增子甲基化測序(Methyl-seq),或全基因組重亞硫酸鹽測序(WGBS)。此外,TAB-Seq和OxBS等替代方法也利用NGS來鑒定羥甲基化(5-hmC)并開展甲基化(5-mc)分析。
全基因組甲基化測序實驗路線
全基因組甲基化測序技術路線
全基因組甲基化測序樣品要求(基因組DNA)
- 樣品純度:OD 260/280值應在1.8~2.0 之間; RNA 應去除干凈;
- 樣品濃度:最低濃度不低于50ng/µl;
- 樣品總量:每個樣品總量不少于6µg;
- 樣品溶劑:應溶解在H20或TE (pH 8.0)中;
- 樣品運輸:DNA低溫運輸(-20℃);在運輸過程中用parafilm將管口密封好,以防出現(xiàn)污染。
全基因組甲基化測序數(shù)據(jù)分析展示
圖:甲基化位點頻率的染色體分布。
圖:全基因組基因平均甲基化程度分布展示。
圖:甲基化位點分布與CpG島的位置關系。
圖:樣本染色體甲基化程度分布。
癌癥中的表觀遺傳改變
癌癥中表觀遺傳改變的研究,如甲基化異常和轉錄因子結合的改變,可提供重要的致瘤通路的線索。由于甲基化改變往往會激活或沉默基因,表觀基因組的變化可能影響基因表達和癌癥發(fā)展的速度。
復雜疾病的甲基化圖譜分析
全基因組的甲基化圖譜分析可幫助研究人員了解在復雜疾病的病例中起作用的機制。異常的胞嘧啶甲基化可能影響基因表達,并牽涉到許多疾病過程,如阿茨海默病和哮喘。
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