吴浩：改进几十年前的新方法破译DNA表观遗传密码

宾州大学Perelman医学院的研究人员研发出了一种新方法，可以对附着在DNA表面的化学基团进行测序，从而为更好地检测血液中的癌症和其他疾病铺平道路。这些化学基团能标记基因组中四个DNA“字母”中的一个，在表达或沉默的基因中存在差异。

这一研究成果公布在Nature Biotechnology杂志上。由宾州大学华人学者吴浩（Hao Wu）博士和Rahul M Kohli博士领导完成。其中吴浩博士早年毕业于清华大学，现为宾州大学医学院遗传学助理教授，HHMI研究员，师从哈佛教授张毅老师，曾完成多项DNA羟甲基化的重要研究。

为了更早地检测疾病并提高精确度，现在科学家们越来越关注外周血的研究了，也就是在有限的环境中分析自由漂浮的DNA，例如从肿瘤进入血液中的DNA。

“我们希望这种方法能够解码以前难以研究的小细胞和瞬时细胞群DNA上的表观遗传标记，确定DNA是来自特定组织还是来自肿瘤，”文章的资深作者Rahul Kohli博士说。

宾州大学等处的研究人员在过去二十年中一直研究了这些DNA修饰，希望能更好地了解和诊断一系列疾病，特别是癌症。在过去的几十年中，用于破译表观遗传密码的主要方法依赖于一种叫做亚硫酸氢盐的化学物质。虽然亚硫酸氢盐已被证明是有用的，但它也存在主要局限性：它无法区分DNA基础碱基上最常见的修饰，更重要的是，它会破坏所接触的大部分DNA，因此无法在实验室中进行后续研究。

这项研究描述的新方法建立一类称为APOBEC DNA脱氨酶的免疫防御酶上，这些脱氨酶引导的化学反应能够实现亚硫酸氢盐的作用，但不会损害DNA。

“这项技术进步为更好地理解复杂的生物过程铺平了道路，例如神经系统如何发展或肿瘤如何发展的，”文章另外一位作者Hao Wu博士说。

研究人员利用这种方法，确定了一种神经元的表观遗传密码，而且他们使用的DNA量比依赖亚硫酸氢盐的方法所需的DNA少1000倍。此外，新方法还可以区分两种最常见的表观遗传标记，即甲基化和羟甲基化。

“我们能够证明，基因组中这两个标记的分布似乎被修饰的位点实际上存在很大差异，”Kohli说，“这一发现表明基因组上这两个标记具有重要而独特的生物学作用。”

Description of Research Expertise

The Wu lab is interested in understanding how epigenetic processes in multicellular organisms regulate gene expression to establish diverse cell types and to respond to changing environmental signals or metabolic states. We combine experimental approaches (biochemical, molecular, genetic, and genomic assays) with bioinformatics to study cell-type specification and maturation from mammalian stem cells (e.g. cardiovascular and neural lineages). We also start to study molecular mechanisms regulating the interaction between environment and epigenome and how extrinsic environmental signals regulate developmental processes or human pathologies through modifying epigenetic marks in the genome. Our long-term goal is to quantitatively analyze and engineer cell-type or environmental context specific epigenomes. Ultimately, we hope to use knowledge gained from epigenome analysis and engineering to inform therapeutic approaches to treat relevant human diseases.