直接取代亚硫酸氢盐测序！检测癌症相关DNA修饰新测序方法

《Nature Biotechnology》报道了一种改进的检测DNA化学修饰的方法，这些被称为“表观遗传”标记的修饰有助于控制基因表达及其在基因组中的异常分布，从而促进癌症发展和对疾病的治疗抵抗。

　　

牛津Ludwig癌症研究所助理成员Chunxiao Song和Benjamin Schuster-Boeckler领导的这项研究表明，他们开发的新方法，TET辅助吡啶硼烷测序（TET-assisted pyridine borane sequencing，TAPS）是一种比亚硫酸氢盐测序（bisulfite sequencing）损伤更小、效率更高的替代者，现在亚硫酸氢盐测序是绘制表观基因的黄金标准。

“我们认为TAPS可以直接取代亚硫酸氢盐测序，成为DNA表观遗传测序的新标准，”Song说。“它使DNA表观遗传学测序更经济实惠，并可用于更广泛的学术研究和临床应用。”

一类表观遗传修饰涉及化学基团附着在特定的DNA“字母”上。标记本身不改变DNA序列，而是影响基因开关。两种最常见的修饰包括胞嘧啶上添加甲基和羟甲基，以生成5mC和5hmC。“5mC和5hmC丰度异常是癌症的典型特征，”Song说。

几十年来，生物学家一直靠亚硫酸氢盐测序来检测5mC和5hmC修饰，但这种化学物质具有极大的破坏性，接触到它的DNA，99%发生降解。“你想象一下，如果你处理的是非常有限的基因样本，比如血液中循环的无细胞DNA，再进行亚硫酸盐测序就变得如履薄冰，”Song说。

亚硫酸盐测序的另一个局限性是只能间接检测5mC和5hmC，它将未经修饰的胞嘧啶转化为一种叫做尿嘧啶的相关碱基，同时保持甲基化胞嘧啶的完整。“这是非常低效和计算密集的，”Song说。“这就像是为了找到叫Waldo的人，而消灭所有不叫Waldo的人一样。与之不同的是，TAPS允许我们直接找到谁是Waldo。”

新方法包括两个步骤。第一用TET酶将5mC和5hmC转化为第三种修饰——5-羧基胞嘧啶（5caC）。第二步是Song实验室的一位博后研究员，Yibin Liu开发出来的新化学反应，将5caC转化为胸腺嘧啶，胸腺嘧啶是一种可以被普通测序仪读取的DNA碱基。

这一过程产生了一种新的数据类型，Schuster-Boeckler实验室开发了分析该数据的计算方法。“与亚硫酸盐测序相比，TAPS数据的处理速度不仅是原来的两倍，而且保留了更多来自原始样本的信息。这使得在识别DNA修饰的同时更容易检测突变和结构变异，”Schuster-Boeckler说。

在证明了TAPS的核心化学作用后，研究小组又花了一年时间对其进行完善，将反应效率从70%提高到了95%以上。他们还顺便开发了两种不同的TAPS技术——TAPS-β和CAPS，分别只检测5mC或5hmC。

对小鼠DNA测试，研究人员发现TAPS可以用亚硫酸氢盐测序一半的成本获得更精确的测序数据。“用同样的钱，得到两倍的有用数据，”Song说。

他们正在检测TAPS技术用来分析肿瘤在血液中释放的无细胞DNA，目的是应用新技术发展癌症微创诊断。

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原文检索：Bisulfite-free direct detection of 5-methylcytosine and 5-hydroxymethylcytosine at base resolution

（生物通：伍松）