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换个角度审视癌症,从DNA甲基化入手

【字体: 时间:2020年09月07日 来源:生物通

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  DNA甲基化模式的异常往往与癌症发展相关,但并不是打开或关闭一个基因那么简单。例如,超甲基化抑制了抑癌基因,而整体低甲基化则刺激了某些癌基因的表达。在此,我们将介绍一些工具和技术,可方便研究人员分析DNA甲基化在癌症中的作用。

DNA甲基化一直是癌症研究人员所关心的。早在2003年,Peter Laird教授就曾提出:近年来,人类癌症的甲基化研究进展将在未来为我们提供众多DNA甲基化生物标志物,可作为癌症临床诊断的工具。

在基因组的胞嘧啶碱基处添加甲基或羟甲基,这种表观遗传修饰可改变甲基化基因的表达。大多数的DNA甲基化都发生在基因启动子区域的CpG岛中。DNA甲基转移酶的甲基化作用通常使基因沉默。相反,TET、TDG和BER酶所介导的去甲基化作用则可以重新开启基因表达。

DNA甲基化模式的异常往往与癌症发展相关,但并不是打开或关闭一个基因那么简单。例如,超甲基化抑制了抑癌基因,而整体低甲基化则刺激了某些癌基因的表达。在此,我们将介绍一些工具和技术,可方便研究人员分析DNA甲基化在癌症中的作用。

测定甲基化水平

CST提供了一系列可测定DNA甲基化水平的工具,比如针对DNA修饰的单克隆抗体。具体包括5-甲基胞嘧啶(5-mC)抗体、5-羟甲基胞嘧啶(5-hmC)抗体以及N6-甲基腺苷(m6A)抗体。在开展甲基化DNA免疫沉淀(MeDIP)分析时,5-mC抗体作为重要工具,可分析特定位点的甲基化变化。

CST表观遗传学产品开发总监Chris Fry表示:“我们针对甲基化DNA和RNA的抗体可用在斑点印迹、免疫荧光或MeDIP中,以分析正常细胞和癌变细胞中DNA和RNA甲基化的差异。大多数的兔单克隆抗体是重组表达的,这能够保证及时交付,并确保批次间的一致性。”

ELISA分析则是另一种测定DNA甲基化水平的工具。EpiGentek提供了多种DNA甲基化工具,包括MethylFlash Global DNA甲基化ELISA试剂盒。这个试剂盒的优势在于它能够使用完整的DNA作为起始材料。

EpiGentek的科学家Michael Spelios表示:“这可以保留样本的原始状态,而不需要进行额外的处理,比如DNA变性或核酸酶消化。一些客户在开展深度而昂贵的甲基化测序分析之前,经常使用这个试剂盒来进行初步评估,经济实惠。”

甲基化位点的富集

对亚硫酸氢盐转化后的DNA进行测序,可区分遗传密码中甲基化和非甲基化的胞嘧啶。Zymo Research也提供了许多适用于DNA甲基化研究的工具,包括基于亚硫酸氢盐转化的NGS文库制备试剂盒。Zymo-Seq RRBS™ Library Kit对快速筛选或初步研究的研究人员特别有用。

全基因组简化甲基化测序(RRBS)采用限制性酶消化来获得富含CpG的区域。“与全基因组亚硫酸氢盐测序相比,Zymo-Seq RRBS试剂盒富集了富含CpG的区域,并显著降低了测序成本,”Zymo Research的科学家Xiaojing Yang谈道。Zymo计划在今年年底推出全基因组甲基化测序的文库制备试剂盒,即Zymo-Seq WGBS™ Library Kit。

EpiGentek 的BisulPlus™ Loci 5mc & 5hmC PCR检测试剂盒旨在检测5-mC位点的DNA甲基化,以及5-hmC位点的羟甲基化。“它采用一种创新方法,依次利用亚硫酸氢盐和脱氨酶APOBEC来分别处理未修饰的胞嘧啶和5-mC,而5-hmC不受到影响,这样能够区分5-mC和5-hmC,”Spelios说。

DNA甲基化和基因调控

那些与甲基化位点的DNA发生相互作用的蛋白质,往往在基因调控以及癌症的发展或抑制中起着重要作用。人们经常研究的三类蛋白质包括添加甲基的书写蛋白(Writer);去除甲基的擦除蛋白(Eraser);以及与甲基化位点结合的阅读蛋白(Reader)。

CST目前提供了Writer、Eraser和Reader的抗体,可以帮助人们研究DNA甲基化的定位和丰度,并通过正常细胞和癌细胞的比较来研究其在癌症中的潜在作用。Fry表示:“我们的抗体可用来确定癌细胞相对正常细胞发生的定位和丰度变化,”比如针对Writer蛋白DNMT3A的单克隆抗体。最近,台湾的一个研究小组利用这种抗体来研究髓细胞白血病中DNMT3A-R882突变的表观遗传影响。

CST的抗体也可用来研究此类蛋白质在DNA甲基化位点的相互作用。他们的染色质免疫沉淀测序(ChIP-seq)试剂盒,以及针对Reader、Writer和Eraser蛋白的抗体,让研究人员能够分析整个基因组中蛋白质与DNA的相互作用。

西安交通大学的研究团队曾经利用CST的TET2单克隆抗体,来研究弥漫性大B细胞淋巴瘤中的TET2与AID蛋白如何协同调节FANCA基因的表达。根据研究结果,他们开发出一种新的治疗策略,可通过蛋白酶体抑制剂与AID和TET2去除的结合来抑制癌细胞的生长。

CST的抗体还可与新的CUT&RUN试剂盒一起使用,这种试剂盒利用少量细胞来快速检测DNA与蛋白质之间的相互作用。CUT&RUN分析比ChIP更快,因为它不需要甲醛交联、染色质片段化和免疫沉淀的步骤。

“CUT&RUN并没有像ChIP那样让染色质支离破碎,而是采用抗体靶向的染色质消化,所产生的背景信号比ChIP分析要低得多,”Fry说。“因此,CUT&RUN所需的测序深度仅为ChIP-seq分析的1/10。”

随着检测新方法的不断发展,以及新工具的不断涌现,癌症研究人员未来有望更快速更高效地评估DNA甲基化在癌症中的作用。(生物通)

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