DNA甲基化（DNA methylation）是一種重要的表觀遺傳學(xué)標(biāo)記。是指在DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶（DNMT）催化下，以S-腺苷甲硫氨酸為甲基供體，將活性甲基轉(zhuǎn)移至DNA鏈中特定堿基上的化學(xué)修飾過程。DNA甲基化與基因的調(diào)控表達(dá)，染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，基因印記，X染色體失活，衰老人類腫瘤發(fā)生中發(fā)揮重要作用。

圖1.DNA甲基化的形成（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

生物體內(nèi)，DNA復(fù)制后胞嘧啶的甲基化會(huì)改變DNA的構(gòu)象，使DNA的大溝無法與DNA結(jié)合蛋白正常結(jié)合，為非編碼DNA長(zhǎng)期沉默提供有效的抑制機(jī)制，而非甲基化的啟動(dòng)子區(qū)域具有轉(zhuǎn)錄活性，可正常轉(zhuǎn)錄調(diào)控，基因正常表達(dá)。

DNA甲基化修飾會(huì)改變被修飾的DNA的空間結(jié)構(gòu)，影響了蛋白質(zhì)與DNA的相互作用，抑制了轉(zhuǎn)錄因子與啟動(dòng)區(qū)DNA的結(jié)合效率，導(dǎo)致基因的沉默或過度表達(dá)。

細(xì)胞增殖過程中，DNA甲基化可通過DNA甲基轉(zhuǎn)移酶Dnmt1傳遞給子細(xì)胞，對(duì)胚胎正常發(fā)育和等位基因的選擇表達(dá)至關(guān)重要,錯(cuò)誤的甲基化模式的建立將引起人類的疾病，如Prader-Willi綜合征、Angelman綜合征和脆性X染色體綜合征等。

圖2. 胚胎發(fā)育過程中的甲基化（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

DNA甲基化測(cè)序按照原理可分為三大類：亞硫酸氫鹽測(cè)序（Bisulfite sequencing，BS-seq ，methseq）；基于限制性內(nèi)切酶的測(cè)序；靶向富集甲基化位點(diǎn)測(cè)序。隨著高通量測(cè)序技術(shù)（NGS）的發(fā)展，能夠從全基因組水平進(jìn)行DNA甲基化的檢測(cè)：利用重亞硫酸鹽對(duì)全基因組DNA進(jìn)行處理，將未發(fā)生甲基化的胞嘧啶脫氨基變成尿嘧啶，而發(fā)生了甲基化的胞嘧啶未發(fā)生脫氨基，因此可以基于此將經(jīng)過重亞硫酸鹽處理和未處理的樣本測(cè)序，比較發(fā)現(xiàn)甲基化位點(diǎn)。

圖3. 亞硫酸氫鹽處理DNA甲基化（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

? 物種進(jìn)化：《Genome Biology》雜志上發(fā)表 “DNA methylation footprints during soybean domestication and improvement” 對(duì)45個(gè)大豆品種進(jìn)行了全基因組甲基化測(cè)序及分析，發(fā)現(xiàn)從野生種到農(nóng)家種的馴化過程和從農(nóng)家種到栽培種的改良過程中分別鑒定到4248個(gè)和1164個(gè)DNA甲基化水平發(fā)生變化的差異甲基化區(qū)間。揭示大豆馴化過程中DNA甲基化變異與遺傳變異之間的關(guān)系，從而拓展了對(duì)大豆馴化和改良的過程理解。

? 品種選育：《BMC Plant Biology》發(fā)表的題為“Transcriptomeand DNA methylome reveal insights into yield heterosis in the curds ofbroccoli(Brassica oleracea L var. italic)”的論文，揭示了不同表達(dá)基因、DNA甲基化修飾在花球產(chǎn)量性狀形成中的調(diào)控過程和可能作用。
 

近年來關(guān)于癌細(xì)胞中DNA甲基化失調(diào)的報(bào)道表明，DNA異常甲基化與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、細(xì)胞癌變有著密切的聯(lián)系，且可在癌癥患者的血漿或血清中檢測(cè)到，是癌癥早期篩查的理想標(biāo)志物：

2021年8月，發(fā)表于Clinical Cancer Research期刊的題為“Prognostic Significance of Blood-Based Multi-cancer Detection in Plasma Cell-Free DNA”的文章探討了血漿游離DNA（cell-free DNA，cfDNA）的甲基化信號(hào)與多種癌癥類型的癌癥預(yù)后相關(guān)性。文章指出，即使考慮到臨床階段以及診斷方式的差異，基于cfDNA的甲基化測(cè)序分析技術(shù)的泛癌種早篩可以選擇性的篩選出具有臨床意義的癌癥，且該方法對(duì)于患者生存期的預(yù)估與真實(shí)情況相近。這對(duì)于目前階段單癌種早篩面臨的過度診斷的問題具有特別意義。

翌圣生物長(zhǎng)期專注于分子酶產(chǎn)品的創(chuàng)新研發(fā)，目前已推出了NGS文庫制備完整解決方案。針對(duì)千億早篩市場(chǎng)，成功開發(fā)了甲基化建庫試劑盒Hieff NGS® Methyl-seq DNA library Prep kit for Illumina（Cat No. 12211），本產(chǎn)品適用于各種經(jīng) Bisulfite處理的樣本，包括 gDNA、 FFPE DNA、 cell free DNA (cfDNA)、 ChIP DNA等，可以滿足 1 ng~200 ng 起始量的樣本建庫。同時(shí)也為客戶提供了一種簡(jiǎn)便快速的建庫流程， 3小時(shí)左右完成甲基化文庫構(gòu)建。

▲ 點(diǎn)擊查看產(chǎn)品詳情

【1】Shen, 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.

干貨分享 | NGS在表觀遺傳學(xué)的應(yīng)用一覽；

文獻(xiàn)解讀 | 新型靶向去甲基化的方法。