两篇PNAS：蛋白纳米孔检测DNA甲基化

　　

生物通报道：两个独立的研究团队利用通道蛋白实现纳米孔测序，成功鉴别了5-甲基胞嘧啶和5-羟甲基胞嘧啶。这两篇文章发表在同一期的美国国家科学院院刊PNAS杂志上。

基因组所蕴含的编码信息，包括DNA序列和核苷酸修饰两个部分。其中，动态的DNA甲基化模式，是基因表达的重要调控者，与细胞分化、胚胎发育和癌症等疾病有关。人们对鉴定这些碱基修饰，产生了越来越浓厚的兴趣。

加州大学Mark Akeson领导的团队和华盛顿大学Jens Gundlach领导的团队，不约而同的利用细菌的膜蛋白MspA实现纳米孔测序，在DNA中成功鉴定并定位了5-甲基胞嘧啶（5mC）和5-羟甲基胞嘧啶（5hmC）。

在纳米孔测序时，出现在最窄位置的核苷酸不同，所产生的电流也不同，这样的差异可以用于读取单链DNA中的核苷酸序列。此前，纳米孔测序已经在鉴别5mC和5hmC时，得到了令人鼓舞的结果。

在这两项新研究中，研究人员使用噬菌体DNA聚合酶，将单链DNA的核苷酸一个个拉过经修饰的MspA孔。他们对已知序列的DNA短链进行测序，比较了未甲基化、甲基化和羟甲基化所产生的电流。研究显示，5mC产生的电流比未甲基化的胞嘧啶大，而5hmC产生的电流最小。

研究显示，穿过蛋白孔的离子电流可以很好的反映甲基化位点，甚至鉴别与甲基化只有一个氧原子差异的羟甲基化。

研究人员指出，甲基化胞嘧啶的5’序列，能强烈影响5mC、5hmC和未甲基化胞嘧啶之间的电流差异。这一区域的序列，决定着甲基化检测的错误率。Akeson等人在文章中强调，尽管某些序列的检测结果很理想，但要将错误率降低到0.01%以下，依然需要进行重复测序。根据5’序列的情况，可能需重复5–19次不等。

这两项研究向人们展示，用纳米孔测序检测5mC和5hmC有不少优势，这一技术速度快，读取的片段长，而且不需要太多材料。另外，研究人员还指出，MspA也可以用来检测其他非甲基化的DNA修饰。

 

（生物通编辑：叶予）

生物通推荐原文：

Laszlo, A.H. et al. Detection and mapping of 5-methylcytosine and 5-hydroxymethylcytosine with nanopore MspA. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 110, 18904–18909 (2013).

Schreiber, J. et al. Error rates for nanopore discrimination among cytosine, methylcytosine, and hydroxymethylcytosine along individual DNA strands. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 110, 18910–18915 (2013).