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一键收藏:让DNA甲基化触手可得!



Part Ⅰ

何为DNA甲基化?


DNA甲基化(DNA methylation)是一种重要的表观遗传学标记。是指在DNA甲基化转移酶(DNMT)催化下,以S-腺苷甲硫氨酸为甲基供体,将活性甲基转移至DNA链中特定碱基上的化学修饰过程。DNA甲基化与基因的调控表达,染色质结构,基因印记,X染色体失活,衰老人类肿瘤发生中发挥重要作用。


李1.jpg图1.DNA甲基化的形成(图片来源于网络)



Part Ⅱ

DNA甲基化功能


基因表达调控

生物体内,DNA复制后胞嘧啶的甲基化会改变DNA的构象,使DNA的大沟无法与DNA结合蛋白正常结合,为非编码DNA长期沉默提供有效的抑制机制,而非甲基化的启动子区域具有转录活性,可正常转录调控,基因正常表达。


表观遗传调控

DNA甲基化修饰会改变被修饰的DNA的空间结构,影响了蛋白质与DNA的相互作用,抑制了转录因子与启动区DNA的结合效率,导致基因的沉默或过度表达。


胚胎发育调控

细胞增殖过程中,DNA甲基化可通过DNA甲基转移酶Dnmt1传递给子细胞,对胚胎正常发育和等位基因的选择表达至关重要,错误的甲基化模式的建立将引起人类的疾病,如Prader-Willi综合征、Angelman综合征和脆性X染色体综合征等。


李2.jpg图2. 胚胎发育过程中的甲基化(图片来源于网络)


Part Ⅲ

检测方式


DNA甲基化测序按照原理可分为三大类:亚硫酸氢盐测序Bisulfite sequencing,BS-seq ,methseq;基于限制性内切酶的测序;靶向富集甲基化位点测序。随着高通量测序技术(NGS)的发展,能够从全基因组水平进行DNA甲基化的检测:利用重亚硫酸盐对全基因组DNA进行处理,将未发生甲基化的胞嘧啶脱氨基变成尿嘧啶,而发生了甲基化的胞嘧啶未发生脱氨基,因此可以基于此将经过重亚硫酸盐处理和未处理的样本测序,比较发现甲基化位点。


李3.jpg图3. 亚硫酸氢盐处理DNA甲基化(图片来源于网络)


Part Ⅳ

应用领域


植物学领域


» 物种进化:《Genome Biology》杂志上发表 “DNA methylation footprints during soybean domestication and improvement” 对45个大豆品种进行了全基因组甲基化测序及分析,发现从野生种到农家种的驯化过程和从农家种到栽培种的改良过程中分别鉴定到4248个和1164个DNA甲基化水平发生变化的差异甲基化区间。揭示大豆驯化过程中DNA甲基化变异与遗传变异之间的关系,从而拓展了对大豆驯化和改良的过程理解。

» 转录调控:《PNAS》发表题为“Global increase in DNA methylation during orange fruit development and ripening” 的研究,发现柑橘成熟过程中DNA甲基化明显上升,这种变化与番茄成熟过程DNA甲基化水平下降呈相反的变化趋势,揭示了DNA甲基化在柑橘果实成熟过程中的调控作用。
» 品种选育:《BMC Plant Biology》发表的题为“Transcriptomeand DNA methylome reveal insights into yield heterosis in the curds ofbroccoli(Brassica oleracea L var. italic)”的论文,揭示了不同表达基因、DNA甲基化修饰在花球产量杂种性状形成中的调控过程和可能作用。
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DNA甲基化与早筛

近年来关于癌细胞中DNA甲基化失调的报道表明,DNA异常甲基化与肿瘤的发生、发展、细胞癌变有着密切的联系,且可在癌症患者的血浆或血清中检测到,是癌症早期筛查的理想标志物:

» 表观遗传学的改变,例如异常的DNA甲基化,通常发生在肿瘤早期,并且有组织和癌症类型特异性[4,5,6]
» DNA甲基化模式遍布整个肿瘤组织和相同的肿瘤类型,而体细胞突变通常仅限于肿瘤细胞的亚群/克隆
» DNA甲基化在较大的基因组区域内是一致的,可以使用多个CpG二核苷酸进行检测[6,7]


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2021年8月,发表于Clinical Cancer Research期刊的题为“Prognostic Significance of Blood-Based Multi-cancer Detection in Plasma Cell-Free DNA”的文章探讨了血浆游离DNA(cell-free DNA,cfDNA)的甲基化信号与多种癌症类型的癌症预后相关性。文章指出,即使考虑到临床阶段以及诊断方式的差异,基于cfDNA的甲基化测序分析技术的泛癌种早筛可以选择性的筛选出具有临床意义的癌症,且该方法对于患者生存期的预估与真实情况相近。这对于目前阶段单癌种早筛面临的过度诊断的问题具有特别意义。


Part Ⅴ

产品推荐


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human gDNA靶向捕获建库


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【注】样本:human gDNA, 转化试剂盒:EZ DNA Methylation-Gold Kit(Zymo Cat No. D5005),捕获试剂:xGen Hybridization and Wash Kit(IDT Cat No. 1080577), Panel:定制小Panel


cfDNA甲基化靶向建库


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【注】样本:cfDNA, 转化试剂盒:EZ DNA Methylation-Gold Kit(Zymo Cat No. D5005),捕获试剂:xGen Hybridization and Wash Kit(IDT Cat No. 1080577), Panel:定制小Panel。


Part Ⅵ

产品信息


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Part Ⅶ

参考文献


1Shen, Y. et al.(2018) DNA methylation footprints during soybean domestication and improvement. Genome Biol. 19(1):128.

【2】Huang, H. et al.(2019) Global increase in DNA methylation during orange fruit development and ripening. Genome Biol. 116(4):1430-1436.

【3】Li, H. et al. (2018) Transcriptomeand DNA methylome reveal insights into yield heterosis in the curds ofbroccoli(Brassica oleracea L var. italic). BMC Plant Biology. 18:168.

【4】Kanwal, R. et al. (2015) Cancer epigenetics: an introduc-tion. Methods Mol. Biol. 1238, 3–25

【5】Laird, P.W. (2003) The power and the promise of DNA methylation markers. Nat. Rev. Cancer 3, 253–266

【6】Issa, J.P. (2008) Cancer prevention: epigenetics steps up to the plate. Cancer Prev. Res. 1, 219–222

【7】Hao, X. et al. (2017) DNA methylation markers for diagno-sis and prognosis of common cancers. Proc. Natl. Acad.Sci. U. S. A. 114, 7414–7419

【8】Chen, X,L. et al.(2021) Prognostic Significance of Blood-Based Multi-cancer Detection in Plasma Cell-Free DNA. 27(15):4221-4229.




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