宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的研究人员发明了一种新方法来绘制称为5-甲基胞嘧啶(5mC)的特定DNA标记，它调节基因表达并在健康和疾病中发挥关键作用。这项创新技术允许科学家使用非常小的样本来分析DNA而不会损坏样本，这意味着它有可能用于液体活检(检测血液中的癌症标记物)和早期癌症检测。
此外，与目前的方法不同，它还可以清楚地识别5mC，而不会与其他常见标记混淆。这种名为直接甲基化测序(DM-Seq)的新方法在今天的NatureChemicalBiology文章中有详细介绍。
除了DNA的主要碱基(腺嘌呤、胞嘧啶、鸟嘌呤和胸腺嘧啶)之外，DNA修饰中还有一层信息可以控制任何给定细胞类型中哪些基因“开启”或“关闭”。5mC被认为是这些修饰中最重要的一种，因为它是所有哺乳动物中最常见的DNA修饰类型，并且以沉默某些基因而闻名。
“5mC可以作为细胞身份的指纹，因此对于科学家来说，拥有分离5mC和仅分离5mC的能力非常重要，”宾夕法尼亚大学医学院生物化学和生物物理学副教授RahulKohli博士说。该研究的资深作者。“DM-Seq使用两种酶来定位5mC，并且可以应用于稀疏DNA样本，这意味着它可以用于例如血液测试，寻找从肿瘤或其他疾病组织释放到血液中的DNA。”该研究由医学博士/博士TongWang领导。Kohli实验室的学生。
5mC等DNA修饰可作为表观遗传(可逆的、环境引起的)调节剂，改变DNA的读取方式。5mC涉及在胞嘧啶的特定位点附着一小群称为甲基的原子，胞嘧啶也称为四字母DNA字母表中的字母“C”。这种修饰的存在可以通过直接和间接机制阻碍附近DNA的表达。
被5mC失活的DNA包括蛋白质编码基因，其活性在特定生命阶段的特定细胞类型中可能不合适，以及DNA中应始终被抑制的病毒样元素。不出所料，5mC的异常缺失或过量会导致基因表达异常，从而引发癌症等疾病。5mC的某些异常模式被认为是某些癌症的特征——这强调了拥有准确和特定的5mC映射方法的重要性。
绘制5mC的方法使用以不同方式与5mC和正常未修饰胞嘧啶反应的化学物质或酶，从而可以区分两者。但传统方法亚硫酸氢盐测序(BS-Seq)对DNA具有显着破坏性，并且无法区分5mC和另一种称为5-羟甲基胞嘧啶(5hmC)的重要甲基化类型。最近开发的方法也有缺点，包括需要相对大量的DNA。
DM-Seq利用两种可以修饰DNA的酶，一种设计者DNA甲基转移酶和一种DNA脱氨酶，它们一起可以直接和特异性地检测5mC。它也足够灵敏，可以用纳克量的DNA来完成，这使得它适用于液体活检应用。
研究人员对胶质母细胞瘤型脑肿瘤样本进行了DM-Seq，证明与传统的BS-Seq相比，DM-Seq能够更好地区分基因组关键位点的5mC和5hmC，这些位点的甲基化水平可用于预测患者结果。
研究人员还将DM-Seq与另一种名为TAPS的新兴5mC测序技术进行了比较，该技术正在探索其在癌症诊断中的潜在应用，表明后者具有先前未发现的缺点，即降低其5mC检测灵敏度。
“这些发现强调了直接从DM-Seq检测5mC而不是传统测序方法的方法，可以推动在癌症治疗中使用表观遗传测序进行预后目的的努力，”Kohli说。
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