表观遗传学在临床:监控吸烟喝酒,深入了解肥胖[创新技巧]

【字体: 时间:2017年02月20日 来源:生物通

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  表观遗传学研究的是不涉及DNA序列改变的基因表达和调控的可遗传变化。它通过在染色体上添加化学标签,来实现基因的开启或关闭。如今,表观遗传学不仅限于科学研究,也开始在临床应用中崭露头角。

表观遗传学研究的是不涉及DNA序列改变的基因表达和调控的可遗传变化。它通过在染色体上添加化学标签,来实现基因的开启或关闭。如今,表观遗传学不仅限于科学研究,也开始在临床应用中崭露头角。

据Behavioral Diagnostics 的CEO Robert Philibert介绍,表观遗传学诊断中最有趣的应用在于研究DNA甲基化的改变。尽管目前已有多种方法来研究表观遗传“软件”对遗传“硬件”的修饰,但是监测DNA甲基化是最为容易的,因为有好几种方法可定量测定DNA甲基化的状态。其他的表观遗传改变则暂时无法做到。

目前,一些科学家正在研究生活方式对甲基化的影响,进而洞察它与疾病之间的关系。例如,波士顿大学医学院的小儿心脏病专家Michael Mendelson及其同事正利用芯片来比较体重指数(BMI)与人体DNA中40多万个CpG位点的甲基化之间的关系1。

他们的研究发现,83个CpG位点的甲基化与BMI指数存在关联,而一个CpG的变化与心脏病有关。研究团队的结论是:“BMI相关的DNA甲基化和基因表达有助于人们深入了解DNA甲基化、肥胖以及肥胖相关疾病之间的关联。”

随着科学家不断开发出更简单、更全面的方法来追踪DNA甲基化,临床研究人员也将找到更多的方法去使用结果。它未来的应用包括疾病的诊断和治疗。

测定甲基化

特定位点上的DNA甲基化可通过多种技术来检测,包括PCR。罗马大学的表观遗传学专家Andrea Fuso曾使用各种方法来分析甲基化,不过他现在主要使用链特异的PCR,接着进行Sanger测序。“这种技术仍然是我的首选方法,”他说。

Fuso指出:“利用这种技术,我能够在单个胞嘧啶的水平上分析DNA甲基化,即使是相当大的启动子序列(400-800 bp)也没问题。尽管Sanger测序比焦磷酸测序更复杂,也更耗时,但它带来了更长的序列,让我有机会覆盖更大的侧翼区域。”

更重要的是,这种技术还能够检测和分析非CpG甲基化。这指的是DNA甲基化的区域并不是后面跟着鸟嘌呤核苷酸(G)的胞嘧啶核苷酸(C)。

通过追踪甲基化,Fuso及其同事发现了一些医学上重要的关联。比如,他们通过阿尔茨海默病的小鼠实验模型,证明了早老素1(presenilin1)基因的非CpG甲基化受到调节。


分析你的习惯

DNA甲基化也可以揭示某个人是否饮酒或吸烟。“DNA甲基化测定不仅可以建立诊断状态,还可以监控这些习惯在治疗后是否发生改变。这是治疗成瘾的‘精准医疗’,”Philibert说。

目前,检测吸烟的表观遗传学工具已经上市。与IBI Scientific公司合作,Behavioral Diagnostics发布了一款称为“Smoke Signature”的产品,Philibert称其为第一款基于血液的表观遗传检测。“这种易于操作的检测能够定量评估吸烟量,”他说。

如果没有这种技术,临床医生主要依靠患者的自我报告,但这种方法往往很不准确。如今,Smoke Signature测定芳烃受体抑制基因cg05575921的甲基化,这样能够敏感且定量地确定吸烟状态。

至于使用这项技术需要什么培训,Philibert表示,该检测使用的是Bio-Rad的QX200™微滴式数字PCR系统,而任何熟悉传统的荧光定量PCR或基因分型技术的人都很容易上手,在这个数字PCR平台上运行检测。

跳脱出DNA

在追踪表观遗传改变时,科学家也可以跳出DNA的限制。据Epigentek的科学专家Blanca Valle介绍,在过去几年,人们不光研究DNA中的甲基化,对RNA的甲基化也颇有兴趣。6-甲基腺苷(m6A)是真核生物中RNA的最常见修饰。事实上,m6A占了RNA甲基化的80%,存在于mRNA、tRNA、rRNA以及非编码RNA中。

“m6A控制了RNA代谢的几个方面,包括剪接、mRNA翻译和RNA稳定性,”Valle谈到。“m6A的水平改变可能导致肥胖、大脑发育异常及其他生理状况。”

在研究RNA甲基化时,科学家可以用抗体靶定m6A,通过免疫沉淀收集甲基化的腺苷,并利用新一代测序分析结果。这些技术都需要经验和时间。为了解决这些挑战,Epigentek推出了EpiQuik m6A RNA甲基化定量试剂盒,能够测定RNA中m6A的总体水平。

据介绍,这种基于ELISA的试剂盒使用m6A特异抗体和比色试剂,通过微孔板检测仪测定与m6A水平成正比的吸光度,适用于大多数的实验室。Valle表示:“这是一种快速简单的方法,可测定大量样品中的m6A,而不需要昂贵的设备或丰富的经验。”研究不同组织中的m6A,也有助于更好地了解疾病,并开发治疗方法。

了解表观遗传学对健康或疾病的控制,目前还只是万里长征迈出第一步。随着技术的不断扩展,科学家能够深入了解表观遗传对健康的更多影响,以及如何调控甚至预防这些机制。

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参考文献

[1] Mendelson, MM, et al. “Association of body mass index with DNA methylation and gene expression in blood cells and relations to cardiometabolic disease: a Mendelian randomization approach,” PLoS Medicine, 14: e1002215, 2017.

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