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癌症研究概览12:表观遗传学

【字体: 时间:2014年12月30日 来源:Illumina

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  表观遗传学指基因表达的可遗传改变,而这一变化又并未伴随DNA序列的改变。遗传上相同的同卵双胞胎所表现出的微妙差异大多是由表观遗传差异造成的,越来越多的证据也表明异常的表观遗传学变化促成了疾病(如癌症)的发生。表观遗传变化是通过多个过程介导控制的,主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰和核小体重塑。

表观遗传学

表观遗传学指基因表达的可遗传改变,而这一变化又并未伴随DNA序列的改变。遗传上相同的同卵双胞胎所表现出的微妙差异大多是由表观遗传差异造成的,越来越多的证据也表明异常的表观遗传学变化促成了疾病(如癌症)的发生。表观遗传变化是通过多个过程介导控制的,主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰和核小体重塑。

Zhang, J., Benavente C. A., McEvoy J., Flores- Otero J., Ding L., et al. (2012) A novel retinoblastoma therapy from genomic and epigenetic analyses. Nature 481: 329 - 334

视网膜母细胞瘤是一种发生于视网膜的侵袭性儿童癌症,由RB1失活所引发,但潜在机理仍然未知。在此类高度侵袭性的癌症中,许多基因都参与其中,但RB1是唯一已知发生突变的基因。与有限的体细胞突变不同,肿瘤细胞相对正常的视网膜细胞的甲基化图谱出现巨大的改变。其中最引人注目的发现是人视网膜母细胞瘤中原癌基因脾酪氨酸激酶(SYK)的诱导表达,SYK是肿瘤细胞生存所必需的。研究人员进一步研究表明,小分子抑制剂对SYK的抑制导致培养和体内的视网膜母细胞瘤细胞死亡。

Illumina 技术:Methylation 27 arrays,GAIIx,101bp paired-end 靶向和全基因组测序

组蛋白甲基化测定提供了甲基化状态最直接的接检测方法,而越来越多的研究发现负责甲基化的酶存在突变,这些为了解控制甲基化过程的机理提供了有用的线索。

Morin, R. D., Mendez - Lago M., Mungall A. J., Goya R., Mungall K. L., et al. (2011) Frequent mutation of histone - modifying genes in non- Hodgkin lymphoma. Nature 476: 298 - 303

作者对13个弥漫性大B细胞淋巴瘤(DLBCL)病例和1个滤泡性淋巴瘤(FL)病例的肿瘤及对应的正常细胞DNA进行了测序,鉴定出B细胞非霍奇金淋巴瘤(NHL)中带突变的基因。在研究的第二阶段,他们分析了以上这些及其他113个NHL病例的RNA-Seq数据后发现,32%的DLBCL和89%的FL病例存在MLL2的体细胞突变,此基因编码了一个组蛋白甲基转移酶。这一与众不同的突变表明了淋巴瘤形成中染色质生物学的重大变化。

Illumina测序技术:GAIIx和H iSeq 2000系统,36bp,100 bp single reads,>50%的细胞是肿瘤细胞

实验设计上的注意事项:

每种组织和细胞类型都有着独特的甲基化模式,因此感兴趣的组织必须可用于分析。组织-癌旁正常的配对可简化分析。

BS-Seq所产生的海量CpG标志物很难解释,而可靠的统计分析仍然困难重重。下面一些实际的方法可简化分析:

  • 降低代表性的亚硫酸氢盐测序(RRBS-Seq)通过限制覆盖度而简化分析。
  • 综合分析可大大改善结果的可解释性。例如,将表达分析与甲基化分析相结合,让研究人员可关注改变表达水平的基因。
  • 将分析限制在某个感兴趣的基因或区域。这种方法对GWAS的后续研究很有效,也适合已有实验证据说明目的区域存在基因调控或染色体重塑的研究。与降低代表性的方法不同,这种方法实现了更多区域的分析,因而可获得更多信息。

组织培养物应当谨慎使用。随着时间的推移和组织增殖,培养物的甲基化水平可能已经改变,不能完全代表原先的组织样本。

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